空客公司利用多片組合的預(yù)成型件和一次灌注工藝，以碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）為原材料，成功取代H135直升機(jī)原先的鋁合金環(huán)形框架。

作為歐洲排名第一的緊急醫(yī)療服務(wù)/空中救護(hù)直升機(jī)，空客H135輕型雙發(fā)直升機(jī)因其高可靠性、多功能和成本優(yōu)勢，成為空客公司同類產(chǎn)品中運(yùn)維成本最低的直升機(jī)。目前，超過1350架H135在60多個(gè)國家或地區(qū)服役，為300多家運(yùn)營商提供服務(wù)。然而，隨著H135飛行時(shí)長的增加，相關(guān)定期運(yùn)維數(shù)據(jù)表明，連接CFRP制尾梁和CFRP制尾槳護(hù)罩的鋁合金環(huán)形框架容易出現(xiàn)疲勞和腐蝕問題，直接導(dǎo)致了運(yùn)維檢測成本的增加。為了降低成本并保證機(jī)體安全性，針對環(huán)形框架的耐腐蝕和抗疲勞需求，空客公司著手研究新的工藝設(shè)計(jì)方案。

空客公司首先考慮了基于鈦合金的方案，但鈦合金方案的機(jī)械加工過程和原材料都比鋁制方案更加昂貴。因此，多學(xué)科研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用預(yù)浸料、真空輔助灌注（VAP）和樹脂傳遞模塑（RTM）工藝，研發(fā)了基于CFRP的全新設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過測算，新方案與鋁制方案相比重量減輕25%，與鈦合金方案相比成本降低50%，顯著降低了檢測和維護(hù)成本。

工程人員無法改變尾梁和尾槳護(hù)罩的現(xiàn)有設(shè)計(jì)，而環(huán)形框架是連接尾梁和尾槳護(hù)罩的主要結(jié)構(gòu)，因此CFRP環(huán)形框架必須具備與原有鋁制框架相同的連接面和幾何尺寸，這極大限制了設(shè)計(jì)方案的自由度。工程團(tuán)隊(duì)與設(shè)計(jì)、應(yīng)力和生產(chǎn)工程師通過溝通評(píng)估，最終確定利用已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格材料，以保證最大程度降低研發(fā)成本和后續(xù)的批量制造成本。其中，新方案使用的美國赫氏（Hexcel）公司G0986型斜紋碳纖維已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空客公司其他直升機(jī)項(xiàng)目的灌注成型；灌注用樹脂則選用了赫氏公司的單組分RTM6型環(huán)氧樹脂，也早已通過空客直升機(jī)公司的樹脂灌注和RTM認(rèn)證。

因?yàn)榄h(huán)形框架幾何形狀的極端不可展開性，工程人員在預(yù)成型件中額外設(shè)計(jì)了一些切口和凹口，以避免模塑成型時(shí)產(chǎn)生褶皺。隨后，工程人員測試了內(nèi)法蘭的抗壓強(qiáng)度，通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的拉伸測試驗(yàn)證了CFRP環(huán)形框架的展開能力，以及CFRP環(huán)形框架與無增強(qiáng)聚合物扣板之間的界面。測試結(jié)果表明，新的CFRP環(huán)形框架設(shè)計(jì)非常堅(jiān)固，可以安全地處理預(yù)期負(fù)載。

針對樹脂灌注，工程團(tuán)隊(duì)研發(fā)了如下圖所示的四個(gè)預(yù)成型件。其中，3號(hào)預(yù)成型件包括A和B兩個(gè)部分；4號(hào)預(yù)成型件就是無增強(qiáng)聚合物扣板，用于確保T型區(qū)域的連接。

針對四個(gè)預(yù)成型件，工程團(tuán)隊(duì)研發(fā)了各自對應(yīng)的特殊工裝，然后將所有預(yù)成型件和環(huán)形扣板一起組裝成最終使用的固化工具。最終完整的固化工具均由鋁合金制成，包括固定在灰色底板上的藍(lán)色工裝、多部分拼接而成的綠色環(huán)形工裝以及橙色和黃色的頂部環(huán)形工裝。多部份拼接工裝的設(shè)計(jì)目的，是為了防止固化冷卻過程中工裝冷卻而產(chǎn)生的收縮力。

在完成層合板與工裝的組裝以后，工程團(tuán)隊(duì)使用最典型的也最具有性價(jià)比的VAP工藝方案進(jìn)行樹脂的灌注。經(jīng)過固化、冷卻、脫模步驟，團(tuán)隊(duì)針對零件的邊緣開展精加工，然后面向后續(xù)鉚接工作進(jìn)行高精度鉆孔。為了保證環(huán)形框架與尾梁、尾槳護(hù)罩的連接精度，連接處設(shè)計(jì)公差需要控制在±0.4 毫米的區(qū)間。有限元分析結(jié)果表明，新方案的模具設(shè)計(jì)結(jié)果做到了“一次成功”，能夠滿足公差要求。

空客公司針對CFRP環(huán)形框架的全新設(shè)計(jì)大約在1年以前已經(jīng)完成，但從鋁合金轉(zhuǎn)向復(fù)合材料工藝花費(fèi)了較長時(shí)間。公司必須考慮設(shè)計(jì)的合理性、工藝步驟的驗(yàn)證和確認(rèn)、批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性等諸多問題。此外，針對新工藝的員工培訓(xùn)也十分重要，必須確保每個(gè)環(huán)節(jié)的工程人員都做好了適應(yīng)新設(shè)計(jì)方案的能力準(zhǔn)備。空客公司認(rèn)為，環(huán)形框架制造從鋁合金工藝轉(zhuǎn)為CFRP工藝，不僅僅是現(xiàn)有零件的簡單修改，而是空客直升機(jī)部門的一次技術(shù)變革；其中，最具有挑戰(zhàn)性的工作不是幾何公差要求的滿足，而是預(yù)成型件的成功研制。

目前，所有最新生產(chǎn)的H135直升機(jī)全部換裝了新的CFRP環(huán)形框架。由于新型CFRP環(huán)形框架耐腐蝕、抗疲勞的出色性能，空客公司減輕了大約0.5千克的產(chǎn)品重量，而且顯著提高了安全性能，降低了檢測次數(shù)和成本。