淺議直升機有機玻璃應用與設計

鄒蒙，代麗麗

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

直升機透明件位于駕駛艙和機身兩側(cè)，主要應用于座艙、艙門以及維護口蓋。直升機透明件是飛行員起降飛機、觀察外界環(huán)境的唯一的直接途徑，為飛行員提供了良好的視野；其次，透明件與機身結(jié)構(gòu)融合為飛行員及乘員提供了舒適的密閉環(huán)境，避免了外界環(huán)境的干擾，因此透明件被稱作直升機的“眼睛”。其中有機玻璃具有良好的光學性能，可靠的力學強度、較強的耐氣候性、質(zhì)量輕、抗沖擊等特點被廣泛應用于直升機透明件材料。

透明件在使用過程中，不僅要承受結(jié)構(gòu)、氣動、鳥撞載荷以及遭受各種氣候環(huán)境的考驗，還要具備良好光學性能，因此，透明件作為易損件，是直升機的設計和制造的難點。直升機透明件主要分為有機玻璃和無機玻璃2種，其中有機玻璃主要包括澆鑄有機玻璃、定向拉伸有機玻璃以及微交聯(lián)有機玻璃。本文主要對直升機有機玻璃的安裝方式及其優(yōu)缺點進行論述。

1 有機玻璃的安裝

現(xiàn)有有機玻璃常用的連接方式主要有四種：一是膠粘安裝，二是螺栓安裝，三是膠條卡接，四是壓邊條壓接。4種安裝方式示意圖如圖1所示。

圖1 有機玻璃安裝示意圖

1.1 膠粘安裝

膠粘安裝方式是通過西卡膠將玻璃固定于機身骨架上（如圖1a），主要應用于直升機風擋、艙門窗戶以及機身固定窗等。作為風擋使用時主要應用于輕型直升機，如EC120、EC130、SW-4等型機。作為風擋玻璃使用時，一般采用具有彈性的西卡膠與機身骨架連接。也有部分有機玻璃設計為滑動窗把手，此時，可采用結(jié)構(gòu)膠將把手與小滑窗進行連接。膠粘安裝方式工藝簡單、外形美觀。相對螺栓連接而言，膠粘安裝的方式可避免有機玻璃件上開孔的工藝，從而避免了二次加工。此時，玻璃制品可一次成形，從而提高了玻璃表面質(zhì)量，減少了玻璃開裂的裂紋源。但長時間野外工作后易出現(xiàn)膠層脫粘的現(xiàn)象，這影響了膠粘安裝方式的可靠性、密封性以及維護性，從而導致維護成本提高。

1.2 螺栓安裝

螺栓安裝方式是通過螺栓與螺母將玻璃固定于機身骨架上，玻璃與骨架之間可增加橡膠墊或密封膠保證座艙密封性，可見于直升機風擋連接，如EC125、貝爾206、貝爾407以及AW119等直升機風擋。其連接方式可靠，但螺栓連接時，需在有機玻璃進行開孔，額外的開孔易導致玻璃出現(xiàn)銀紋甚至裂紋，故對有機玻璃的加工質(zhì)量要求較高。且多孔裝配，對制造及裝配工藝要求較高。螺栓安裝為保證座艙的密封性，一般對擰緊力矩提有一定要求，使有機玻璃在安裝孔位置局部受力，易產(chǎn)生應力集中，這也加劇了有機玻璃開裂的趨勢。

1.3 壓邊條壓接方式

壓邊條的框架主要由上蓋板、膠條、玻璃和下蓋板組成，如圖1c所示，壓邊條框架再通過螺栓連接到機身骨架上。壓邊條壓接方式可避免玻璃開孔，且連接可靠不會出現(xiàn)脫粘情況，因此兼具膠粘方式和螺栓安裝方式的優(yōu)點，但此種連接方式重量較重。因此，多用于大面積的有機玻璃連接。

1.4 膠條卡接方式

玻璃通過安裝膠條與骨架連接，其中安裝膠條包括一條主膠條、兩條芯條以及拋放絲帶。膠條卡接方式常用于座艙下視窗和艙門側(cè)窗，如AC311A駕駛艙門、客艙門側(cè)窗均采用膠條卡接方式。膠條卡接方式常設置有應急拋放絲帶，拋放時可拉動拋放絲帶，抽出膠條芯條后，用力推出玻璃形成應急出口通道。但由于膠條卡接方式受膠條卡緊力的限制，不適用與大面積透明件設計時使用，僅用作Ⅳ應急出口通道。

膠條卡接方式不僅避免了玻璃開孔，降低了玻璃制造難度，更由于膠條自身具有良好的彈性，使玻璃均勻受載，因此，避免了有機玻璃在使用過程中的應力集中狀況，這大大提高了玻璃的可靠性和壽命。通過外場使用情況來看，采用卡接方式連接的有機玻璃故障率較低。

2 展望

隨著直升機制造工業(yè)的發(fā)展，先進的航空透明件在飛機上所占比例逐漸增多。為滿足飛機性能和外觀要求，飛機上透明件形狀也逐漸由平面、單曲或多段式透明件向復雜曲面一體式轉(zhuǎn)變。但隨著透明件形狀復雜程度的不斷增加，無機玻璃成形難度大大增大，而有機玻璃由于具有良好的成形和易加工性能以及比重低等特點，將使其得到更廣泛的應用。