Это узкоспециализированная и критическая проблема. Применение защиты кромок металла (обычно называемой "защитой от передней кромки" или "антиэрозионной втулкой") к гребным винтам из углеродного волокна является ключевой деталью проектирования в аэрокосмической технике, в первую очередь по следующим причинам:

Хотя композиты из углеродного волокна демонстрируют чрезвычайно высокую удельную прочность (отношение прочности к весу) и отличную усталостную стойкость, они имеют определенные недостатки в конкретных аспектах. Металлическая оболочка (обычно изготовленная из никеля или нержавеющей стали) предназначена для компенсации этих недостатков.

Подведем итог следующим основным факторам:

1. Устойчивость к износу и эрозии является наиболее прямой и основной причиной.

Дождь, пыль и эрозия твердых частиц: пропеллеры, особенно авиационные пропеллеры, при вращении на высоких скоростях их передние края яростно сталкиваются с каплями дождя, кристаллами льда, пылью, насекомыми и другими крошечными частицами в воздухе. Хотя сила одного удара мала, миллиарды ударов за эти годы могут вызвать мощный эффект "эрозии". Это похоже на то, что водяной пистолет высокого давления может разрезать стальные пластины.

Слабость углеродного волокна: углеродное волокно состоит из хрупких углеродных волокон и смоляной матрицы. Это непрерывное воздействие будет постепенно измельчать смолу на поверхности, выставлять и повреждать внутренние волокна, что приведет к серьезному снижению свойств материала, шероховатости поверхности, ям и даже расслоению.

Преимущества металлов: металлы, такие как никель или нержавеющая сталь, имеют чрезвычайно высокую прочность и твердость, что может эффективно противостоять этой микроскопической эрозии. Они могут поглощать и рассеивать энергию удара и испытывают только медленный износ на себе.

2. Предотвратите расслоение и проникновение влаги

Слоистая структура углеродного волокна: композитные материалы из углеродного волокна формируются путем укладки и отверждения слоев препреговой ткани.

Хрупкость края: передний край винта - самая слабая и самая важная часть всей конструкции. Как только на переднем крае появляется небольшой зазор из-за эрозии или случайного удара (например, ударов во время наземных операций), зазор легко расширяется под действием высокоскоростной центробежной силы и аэродинамических нагрузок, вызывая расслоение между слоями.

Проблема влаги: как только происходят расслоения или микротрещины, влага может легко проникнуть внутрь материала. Это не только увеличивает вес, но, что более важно, в условиях низкой температуры внутреннее обледенение может еще больше расширить ущерб. Влага также может иметь долгосрочное влияние на производительность смол.

Функция металлической оболочки: как прочный общий барьер, металлическая оболочка отлично защищает края ламината из углеродного волокна, принципиально предотвращая начало расслоения и попадание влаги в канал.

3. Поддерживайте оптимальные аэродинамические характеристики

Гладкость поверхности имеет решающее значение: как и крылья, аэродинамическая эффективность винтов сильно зависит от формы и гладкости передней кромки. Идеальная, гладкая и острая передняя кромка обеспечивает плавное крепление воздушного потока, снижает сопротивление и шум, а также повышает эффективность.

Последствия износа углеродного волокна: если передний край углеродного волокна размывается, становится шероховатым и покрывается ямами, это нарушит ламинарный поток, повысит сопротивление, снизит эффективность движения и может вызвать больший шум.

Гарантия металлической оболочки: прочная металлическая оболочка может поддерживать конструктивную форму и гладкость передней кромки в течение длительного времени, обеспечивая стабильные и эффективные аэродинамические характеристики винта на протяжении всего его жизненного цикла.

4. Повысьте местную возможность сопротивления удара

Хотя углеродное волокно имеет высокую общую прочность, оно очень чувствительно к точечным ударам острых предметов, таких как падающие инструменты для технического обслуживания или подпрыгивающие обломки земли, которые могут легко вызвать внутренние повреждения, которые не видны невооруженным глазом.

Металлические оболочки, особенно прочные титановые сплавы, могут эффективно противостоять таким неожиданным воздействиям, поглощать энергию и защищать хрупкую структуру из углеродного волокна внутри.

Таким образом, добавление защиты передней кромки металла к пропеллерам из углеродного волокна является типичной композитной конструкцией, которая максимизирует сильные стороны и избегает слабых мест. Он сочетает в себе легкий вес и высокую прочность углеродного волокна с прочностью и износостойкостью металла, что в конечном итоге создает силовую установку, которая одновременно является эффективной, долговечной, безопасной и надежной.