國產直升機電加溫風擋玻璃應用進展

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

直升機電加溫風擋玻璃是直升機上的功能結構件，主要應用于起飛重量大于7,000磅的直升機。對于起飛重量小于7,000磅的直升機，出于對重量、電源功率和成本的考慮，一般選用單層亞克力作為直升機風擋。

電加溫風擋的材料要有良好的光學性能、足夠的強度剛度以及較長的使用壽命，同時具備電加溫能力，并滿足防鳥撞、電磁屏蔽等特殊要求，以保證直升機乘員的正常工作和安全飛行[1]。

1 直升機風擋結構特點

與固定翼飛機風擋相比，因直升機無氣密要求，在設計時無需考慮氣密疲勞試驗。固定翼飛機風擋為關鍵件，而直升機風擋為一般功能件。

運輸類固定翼飛機在發(fā)展早期曾采用單層無機玻璃作為風擋玻璃，但存在脆性大、抗沖擊性能差等缺陷。為提高飛機風擋玻璃的抗鳥撞能力和使用安全性，風擋玻璃選用層合結構形式，其結構形式由單層無機玻璃改為三層或多層無機玻璃/無機玻璃復合結構形式。層合玻璃結構形式目前在固定翼和直升機電加溫風擋上應用較為普遍。

由我國自主設計研制、上世紀90年代定型的直-8直升機為國內設計的直升機中首次安裝電加溫風擋的機型，風擋典型結構如圖1所示。電加溫風擋為夾層玻璃結構，最內層和最外層為無機玻璃，中間夾層為有機玻璃；電加溫風擋中的加熱層為電阻絲；風擋邊框材料為鋁合金，由內外鋁合金框鉚接而成。此時的電加溫風擋已具有良好的光學性能和電加溫能力，但在強度上不具備防鳥撞能力。

AC313直升機由航空工業(yè)602所設計，372廠制造，是世界上第一款獲得4500米海拔地區(qū)A類適航證的民用直升機。AC313直升機安裝的電加溫風擋典型結構如圖2所示。

圖1 直-8直升機風擋剖面圖

圖2 AC313直升機風擋剖面圖

與直-8 直升機電加溫風擋相同，AC313 直升機電加溫風擋的透明件部分仍為無機玻璃-有機玻璃-無機玻璃層合結構形式，但電加溫風擋中的加熱層更改為鍍在外層玻璃內側的ITO膜，AC313風擋邊框由碳纖維復合材料結構鋪層，整個風擋強度得到很大的提高，能夠滿足CCAR-29.631鳥擊的要求，提高了駕駛員的安全性。

AC313直升機電加溫風擋的無機玻璃材料為鋁鋰硅酸鹽玻璃。普通鈉鈣硅玻璃經過物理或化學強化后，強度只能提高到200～250MPa。鋁鋰硅酸鹽玻璃經過化學鋼化后，強度能夠達到400MPa[2]。根據(jù)鳥撞試驗分析，AC313風擋玻璃在鳥撞過程中最大應力超過550MPa。為了滿足適航鳥擊要求，AC313直升機電加溫風擋的重量比直-8直升機電加溫風擋增重約80%，重量代價較大。

隨著無機玻璃的研究發(fā)展，高鋁硅酸鹽玻璃化學強化后表面應力已超過900MPa[3-5]。因其在化學強化后具有的優(yōu)良力學性能，該材料已在固定翼風擋上廣泛使用，例如空客318、319、320、321以及波音757、767、777、787。目前，該材料也已在直升機風擋上廣泛使用，例如直15/EC375直升機。直15是由航空工業(yè)哈飛與歐直聯(lián)合研制的7噸級中型運輸直升機，其電加溫風擋采用無機玻璃-有機玻璃-防飛濺層的結構形式，如圖3所示，外層無機玻璃的材料為高鋁硅酸鹽玻璃。

圖3 直15/EC375直升機風擋剖面圖

目前，直升機電加溫風擋的結構形式主要有無機玻璃-有機玻璃-無機玻璃-防飛濺層和無機玻璃-有機玻璃-防飛濺層兩種，兩種構型的電加溫風擋均能具備良好的光學性能和電加溫能力，同時具有抗鳥撞能力。一般來說，前者構型由于比后者多了一層，重量上相對較重；但前者構型在整體強度上優(yōu)于后者。

2 直升機風擋發(fā)展趨勢

未來直升機電加溫風擋總體發(fā)展方向應該是高性能化和多功能化協(xié)調發(fā)展。

2.1 高性能化

化學強化無機硅酸鹽玻璃及復合材料的高性能化發(fā)展是先進電加溫風擋的基礎和前提。無機硅酸鹽玻璃經化學強化后，強度及表面殘余應力進一步提高，玻璃更強、更耐劃傷。樹脂基復合材料在發(fā)展高強高模增強纖維的同時，提升樹脂機體的韌性，進一步降低電加溫風擋邊框的重量。

2.2 多功能化

軍用直升機因戰(zhàn)場特殊環(huán)境，還應具有隱身（視覺、紅外和雷達）、防彈、電磁屏蔽等功能。未來直升機電加溫風擋還可具備HUD(Head Up Display)、防水防霧、隔音等功能。

3 結束語

隨著近幾十年的不斷發(fā)展，電加溫風擋在直升機上的應用已達到國際先進水平，也推動了直升機技術的進步。國產直升機電加溫風擋通過國內直升機需求的牽引和推動，目前已基本實現(xiàn)國產化，技術水平不斷提高。未來國產直升機電加溫風擋技術發(fā)展將追求長壽命、高可靠、高性能和多功能，對其材料與結構的綜合要求越來越高，對高性能復合材料和無機玻璃、先進鍍膜工藝需求迫切。為此，國內今后應大力發(fā)展高性能復合材料及無機硅酸鹽材料，提升大面積復雜曲面透明件鍍膜工藝水平，降低制造成本，進一步提升國產直升機電加溫風擋的應用技術水平。