berita

Sejak awal tahun 1950-an,komposit yang diperkuat serat kacadigunakan pada komponen rangka helikopter yang tidak menahan beban, seperti fairing dan pintu inspeksi, meskipun penerapannya cukup terbatas.

Kemajuan terobosan dalam material komposit untuk helikopter terjadi pada tahun 1960-an dengan keberhasilan pengembangan bilah rotor komposit yang diperkuat serat kaca. Hal ini menunjukkan keunggulan luar biasa dari komposit—kekuatan lelah yang superior, transfer beban multi-jalur, karakteristik perambatan retak yang lambat, dan kesederhanaan pencetakan kompresi—yang sepenuhnya terwujud dalam aplikasi bilah rotor. Kelemahan bawaan dari komposit yang diperkuat serat—kekuatan geser antar lapisan yang rendah dan sensitivitas terhadap faktor lingkungan—tidak berdampak buruk pada desain atau aplikasi bilah rotor.

Sementara bilah logam biasanya memiliki masa pakai tidak melebihi 2000 jam, bilah komposit dapat mencapai masa pakai melebihi 6000 jam, berpotensi tak terbatas, dan memungkinkan perawatan berdasarkan kondisi. Hal ini tidak hanya meningkatkan keselamatan helikopter tetapi juga secara signifikan mengurangi biaya siklus hidup penuh bilah, menghasilkan manfaat ekonomi yang substansial. Proses pencetakan kompresi dan pengerasan komposit yang sederhana dan mudah dioperasikan, dikombinasikan dengan kemampuan untuk menyesuaikan kekuatan, kekakuan (termasuk karakteristik peredaman), memungkinkan peningkatan profil aerodinamis yang lebih efektif dan optimasi dalam desain bilah rotor, serta optimasi dinamika struktural rotor. Sejak tahun 1970-an, penelitian tentang airfoid baru telah menghasilkan serangkaian profil bilah helikopter berkinerja tinggi. Airfoid baru ini menampilkan transisi dari desain simetris ke desain asimetris yang sepenuhnya melengkung, mencapai peningkatan koefisien angkat maksimum dan bilangan Mach kritis yang signifikan, pengurangan koefisien hambatan, dan perubahan minimal pada koefisien momen. Peningkatan bentuk ujung bilah rotor—dari persegi panjang menjadi ujung yang meruncing dan melengkung; ujung melengkung ke bawah berbentuk parabola; hingga ujung BERP tipis yang canggih—telah secara substansial meningkatkan distribusi beban aerodinamis, interferensi pusaran, getaran, dan karakteristik kebisingan, sehingga meningkatkan efisiensi rotor.

Selain itu, para perancang menerapkan optimasi terintegrasi multidisiplin pada aerodinamika bilah rotor dan dinamika struktural, menggabungkan optimasi material komposit dengan optimasi desain rotor untuk mencapai peningkatan kinerja bilah dan pengurangan getaran/kebisingan. Akibatnya, pada akhir tahun 1970-an, hampir semua helikopter yang baru dikembangkan mengadopsi bilah komposit, sementara modifikasi model lama dengan bilah logam menjadi bilah komposit menghasilkan hasil yang sangat efektif.

Pertimbangan utama untuk mengadopsi material komposit dalam struktur rangka pesawat helikopter meliputi: permukaan lengkung yang kompleks pada bagian luar helikopter, ditambah dengan beban struktural yang relatif rendah, sehingga cocok untuk fabrikasi komposit guna meningkatkan toleransi kerusakan struktural dan memastikan pengoperasian yang aman dan andal; permintaan pengurangan berat pada struktur rangka pesawat untuk helikopter utilitas dan serang; dan persyaratan untuk struktur penyerap benturan dan desain siluman. Untuk mengatasi kebutuhan ini, Institut Penelitian Teknologi Terapan Penerbangan Angkatan Darat AS mendirikan Program Rangka Pesawat Komposit Canggih (ACAP) pada tahun 1979. Sejak tahun 1980-an, ketika helikopter seperti Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360, dan MBB BK-117 Eropa dengan rangka pesawat komposit sepenuhnya mulai melakukan uji penerbangan, hingga keberhasilan integrasi sayap dan badan pesawat komposit V-280 oleh Bell Helicopter pada tahun 2016, pengembangan helikopter dengan rangka pesawat komposit sepenuhnya telah mengalami kemajuan yang signifikan. Dibandingkan dengan pesawat referensi berbahan paduan aluminium, rangka pesawat komposit memberikan manfaat substansial dalam hal berat rangka pesawat, biaya produksi, keandalan, dan kemudahan perawatan, memenuhi tujuan program ACAP seperti yang diuraikan dalam Tabel 1-3. Akibatnya, para ahli menegaskan bahwa penggantian rangka pesawat aluminium dengan struktur komposit memiliki signifikansi yang sebanding dengan transisi tahun 1940-an dari rangka pesawat kayu-kain ke struktur logam.

Secara alami, tingkat penggunaan material komposit dalam struktur badan pesawat sangat terkait dengan spesifikasi desain helikopter (metrik kinerja). Saat ini, material komposit mencakup 30% hingga 50% dari berat struktur badan pesawat pada helikopter serang menengah dan berat, sementara helikopter angkut militer/sipil menggunakan persentase yang lebih tinggi, mencapai 70% hingga 80%. Material komposit terutama digunakan pada komponen badan pesawat seperti ekor, penstabil vertikal, dan penstabil horizontal. Hal ini memiliki dua tujuan: pengurangan berat dan kemudahan pembentukan permukaan yang kompleks seperti penstabil vertikal berpipa. Struktur penyerap benturan juga menggunakan komposit untuk mencapai penghematan berat. Namun, untuk helikopter ringan dan kecil dengan struktur yang lebih sederhana, beban yang lebih rendah, dan dinding yang tipis, penggunaan komposit mungkin tidak selalu hemat biaya.