แอร์บัสประสบความสำเร็จในการแทนที่เฟรมวงแหวนอะลูมิเนียมอัลลอยดั้งเดิมของเฮลิคอปเตอร์ H135 ด้วยโพลีเมอร์เสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) เป็นวัตถุดิบ โดยใช้พรีฟอร์มแบบผสมหลายชิ้นและ-กระบวนการเทเวลาหนึ่ง-ครั้ง
ในฐานะที่เป็นบริการทางการแพทย์ฉุกเฉิน / เฮลิคอปเตอร์พยาบาลทางอากาศ Airbus H135 light twin engine helicopter ได้กลายเป็นเฮลิคอปเตอร์ที่มีต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาต่ำที่สุดในบรรดาผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันของ Airbus เนื่องจากมีข้อได้เปรียบด้านความน่าเชื่อถือสูง -ฟังก์ชันและต้นทุนที่หลากหลาย ปัจจุบันมีเครื่องบิน H135 มากกว่า 1,350 คันให้บริการในกว่า 60 ประเทศหรือภูมิภาค โดยให้บริการแก่ผู้ให้บริการมากกว่า 300 ราย อย่างไรก็ตาม ด้วยการเพิ่มเวลาบินของ H135 ข้อมูลการทำงานและการบำรุงรักษาปกติที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าโครงวงแหวนอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่เชื่อมต่อลำแสงหาง CFRP และแผ่นป้องกันใบพัดหาง CFRP มีแนวโน้มที่จะเกิดความล้าและการกัดกร่อน ซึ่งนำไปสู่การทำงานและการบำรุงรักษาที่เพิ่มขึ้นโดยตรง ต้นทุนการตรวจจับ เพื่อลดต้นทุนและรับรองความปลอดภัยของร่างกาย แอร์บัสจึงเริ่มศึกษารูปแบบการออกแบบกระบวนการใหม่สำหรับการต้านทานการกัดกร่อนและความล้าของโครงวงแหวน
ตอนแรกแอร์บัสพิจารณาโครงการนี้โดยใช้โลหะผสมไททาเนียม แต่กระบวนการตัดเฉือนและวัตถุดิบของโครงร่างโลหะผสมไททาเนียมมีราคาแพงกว่าแบบอลูมิเนียม ดังนั้น ทีมวิจัยและพัฒนาของสหสาขาวิชาชีพจึงได้พัฒนารูปแบบการออกแบบใหม่โดยใช้ CFRP โดยใช้กระบวนการพรีพรีก กระบวนการดูดสุญญากาศ (VAP) และกระบวนการขึ้นรูปแบบถ่ายโอนเรซิน (RTM) หลังการคำนวณ น้ำหนักของแบบแผนใหม่จะลดลง 25 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับแบบอลูมิเนียม และค่าใช้จ่ายลดลง 50 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับแบบแผนโลหะผสมไททาเนียม ซึ่งช่วยลดต้นทุนการตรวจจับและบำรุงรักษาได้อย่างมาก
วิศวกรไม่สามารถเปลี่ยนการออกแบบที่มีอยู่ของคานท้ายและชิลด์โรเตอร์ส่วนท้ายได้ และโครงวงแหวนเป็นโครงสร้างหลักที่เชื่อมระหว่างคานท้ายและชิลด์โรเตอร์ส่วนท้าย ดังนั้น เฟรมรูปวงแหวน CFRP ต้องมีพื้นผิวเชื่อมต่อและขนาดเรขาคณิตเหมือนกันกับเฟรมอะลูมิเนียมดั้งเดิม ซึ่งจำกัดเสรีภาพของรูปแบบการออกแบบอย่างมาก ผ่านการสื่อสารและการประเมิน ทีมวิศวกรและวิศวกรด้านการออกแบบ ความเครียด และการผลิตจึงตัดสินใจใช้วัสดุข้อกำหนดมาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตจริง เพื่อที่จะลดต้นทุนการวิจัยและพัฒนาและต้นทุนการผลิตเป็นชุดที่ตามมา ในหมู่พวกเขา เส้นใยคาร์บอนสิ่งทอลายทแยง g0986 ของบริษัท American Hexcel ที่ใช้ในโครงการใหม่นี้ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเทแม่พิมพ์ของโครงการเฮลิคอปเตอร์อื่นๆ ของแอร์บัส เรซินสำหรับการเทเป็นอีพอกซีเรซิน rtm6 ส่วนประกอบเดียวของบริษัทฟักไข่ ซึ่งผ่านการเทเรซินและการรับรอง RTM ของบริษัทเฮลิคอปเตอร์แอร์บัสแล้ว
เนื่องจากไม่สามารถปรับใช้ได้อย่างมากของรูปทรงเฟรมวงแหวน วิศวกรจึงออกแบบการตัดและรอยบากเพิ่มเติมในพรีฟอร์มเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดรอยยับระหว่างการขึ้นรูป ต่อมา วิศวกรได้ทดสอบกำลังรับแรงอัดของหน้าแปลนด้านใน ตรวจสอบความสามารถในการใช้งานของเฟรมวงแหวน CFRP และส่วนต่อประสานระหว่างเฟรมวงแหวน CFRP และเพลตเป้าเสื้อกางเกงโพลีเมอร์ที่ไม่เสริมแรงผ่านการทดสอบแรงดึงแบบสถิตและไดนามิก ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการออกแบบเฟรมวงแหวน CFRP ใหม่นั้นแข็งแกร่งมาก และสามารถจัดการกับโหลดที่คาดไว้ได้อย่างปลอดภัย
สำหรับการเทเรซิน ทีมวิศวกรได้พัฒนาพรีฟอร์มสี่แบบดังแสดงในรูปด้านล่าง ในหมู่พวกเขา พรีฟอร์มหมายเลข 3 ประกอบด้วยสองส่วน A และ B; พรีฟอร์มหมายเลข 4 เป็นเพลทแบบเป้าเสื้อกางเกงโพลีเมอร์ที่ไม่เสริมแรงเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเชื่อมต่อของพื้นที่ t-
สำหรับพรีฟอร์มทั้งสี่นั้น ทีมวิศวกรได้พัฒนาเครื่องมือพิเศษที่เกี่ยวข้อง จากนั้นจึงประกอบพรีฟอร์มและเพลทวงแหวนรูปวงแหวนทั้งหมดเข้าด้วยกันเป็นเครื่องมือการบ่มขั้นสุดท้าย เครื่องมือการบ่มที่สมบูรณ์ขั้นสุดท้ายทำมาจากโลหะผสมอะลูมิเนียม รวมถึงเครื่องมือสีน้ำเงินที่ยึดกับแผ่นฐานสีเทา เครื่องมือวงแหวนสีเขียวที่ประกบด้วยชิ้นส่วนหลายส่วน และเครื่องมือวงแหวนบนสีส้มและสีเหลือง จุดประสงค์ในการออกแบบเครื่องมือประกบหลายส่วน-คือการป้องกันแรงหดตัวที่เกิดจากการหล่อเย็นของเครื่องมือระหว่างการบ่มและการทำความเย็น
หลังจากประกอบลามิเนตและเครื่องมือเสร็จสิ้นแล้ว ทีมวิศวกรจะใช้รูปแบบกระบวนการ VAP-ที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าที่สุดสำหรับการเทเรซิน หลังจากขั้นตอนการบ่ม ระบายความร้อน และการแยกชิ้นส่วน ทีมงานจะดำเนินการกัดผิวละเอียดสำหรับขอบของชิ้นส่วน จากนั้นจึงดำเนินการเจาะ-ความแม่นยำสูงสำหรับงานโลดโผนที่ตามมา เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำในการเชื่อมต่อระหว่างโครงรูปวงแหวนกับคานท้ายและตัวป้องกันโรเตอร์ส่วนท้าย ความทนทานต่อการออกแบบของการเชื่อมต่อจะต้องถูกควบคุมภายใน± 0.4 มม. ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์แสดงให้เห็นว่าผลการออกแบบแม่พิมพ์ของแบบแผนใหม่นั้น "สำเร็จเพียงครั้งเดียว-ครั้ง" และสามารถตอบสนองความต้องการด้านความคลาดเคลื่อนได้
การออกแบบใหม่ของแอร์บัสสำหรับโครงวงแหวน CFRP เสร็จสมบูรณ์เมื่อประมาณหนึ่งปีที่แล้ว แต่ใช้เวลานานในการเปลี่ยนจากโลหะผสมอะลูมิเนียมเป็นวัสดุคอมโพสิต บริษัทต้องพิจารณาปัญหามากมาย เช่น ความสมเหตุสมผลของการออกแบบ การตรวจสอบและยืนยันขั้นตอนของกระบวนการ ความเสถียรของการผลิตจำนวนมาก เป็นต้น นอกจากนี้ การฝึกอบรมพนักงานสำหรับกระบวนการใหม่ก็มีความสำคัญมากเช่นกัน ต้องมั่นใจว่าบุคลากรด้านวิศวกรรมในแต่ละลิงค์พร้อมที่จะปรับให้เข้ากับรูปแบบการออกแบบใหม่ แอร์บัสเชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงของการผลิตโครงวงแหวนจากกระบวนการอลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นกระบวนการ CFRP ไม่เพียงแต่เป็นการดัดแปลงชิ้นส่วนที่มีอยู่อย่างง่ายเท่านั้น แต่ยังเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีในแผนกเฮลิคอปเตอร์ของแอร์บัสอีกด้วย ในหมู่พวกเขา งานที่ท้าทายที่สุดไม่ใช่การปฏิบัติตามข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต แต่คือการพัฒนาพรีฟอร์มที่ประสบความสำเร็จ
ในปัจจุบัน เฮลิคอปเตอร์ H135 ที่ผลิตขึ้นใหม่ทั้งหมดได้รับการติดตั้งเฟรมวงแหวน CFRP ใหม่ เนื่องจากความทนทานต่อการกัดกร่อนและการต้านทานความล้าของโครงวงแหวน CFRP ใหม่ แอร์บัสจึงลดน้ำหนักของผลิตภัณฑ์ลงได้ประมาณ 0.5 กก. ปรับปรุงประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยอย่างมีนัยสำคัญ และลดเวลาและค่าใช้จ่ายในการตรวจจับ
