对于目前最有效的的可悬停飞行器——直升机，旋翼系统是它的升力担当。从仿制到自研，数十年间，我国直升机的旋翼的材料经历怎样的进化史?

一、“铁翼飞旋”如何让直升机飞向天空？

旋翼是直升机的重要部件。早在15世纪，人们便畅想用螺旋桨，达成人类实现垂直升空的目标。在经历若干世纪的“螺旋上升式”后，旋翼及搭载它的飞行器——直升机在固定翼飞机诞生的30多年后成功飞行。

在直升机飞行过程中，旋翼与空气作相对运动，产生升力和拉力双重作用，旋翼的发展史在很大程度上可视为一部直升机发展史。我国的直升机旋翼技术始于对苏联米-4直升机的国产化。随着国内直升机工业的发展，旋翼技术也经历了从测绘仿制、参考样机设计、国际合作，逐步过渡到自研设计，锻造出中国的“飞旋铁翼”。

随着社会的发展和人民生活水平的提高，直升机逐渐出现在大众的视野。直升机飞行时，旋转的桨叶会提供巨大的升力，让直升机翱翔在蓝天。

将国产直升机托向蓝天，每一片桨叶都在努力

在整个旋翼系统中，主桨叶是升力的重要来源。除了升力之外，前飞的直升机旋翼叶片也会受到周期性的阻力影响，产生严重的交变应力问题，使翼根疲劳断裂。这就需要抗疲劳、抗拉伸的桨叶材料。

直升机桨叶材料的进化史

在20世纪40年代至50年代中期是实用型直升机发展的第一阶段，卡-18就是典型代表——单发双旋翼共轴式轻型多用途直升机。这个阶段的直升机桨叶具有以下特点：采用木质或钢木混合结构的旋翼桨叶，成本低、较为轻巧，寿命短，约为600飞行小时。

20世纪50年代中期至60年代末，是实用型直升机发展的第二阶段。这个阶段的典型机种有：S-61、米-6、米-8等。

旋翼桨叶由木质和钢木混合结构发展成全金属桨叶，这个阶段的直升机桨叶具有精度高、坚固耐用的特点，寿命达到1200飞行小时。

20世纪70年代至80年代，是直升机发展的第三阶段，典型机种有：S-76、卡-50等。旋翼桨叶开始采用复合材料，其寿命比金属桨叶有大幅度提高，可达到3600小时左右。

（一）“天然原材”到“科技狠活”的变迁。

最早仿制生产的直5采用的桨叶为木质材料制成；不久又升级为全金属桨叶，使用寿命与维护性明显提升。但随着国产直升机起飞重量与飞行速度不断提高，金属桨叶的性能愈发捉襟见肘：直升机基本上是依靠增加桨叶长度、数量来实现提升升力的目标。

随着长度增加，桨叶在停放时会自然下垂、影响起降安全，飞行时桨叶外端因承受的升力更大而上翘、反而损失升力，若要避免这种情况需要增加桨叶刚度，这会让叶片重量节节攀升同时牺牲桨叶寿命。因而从80年代中期开始，我国旋翼桨叶材料踏上了一条全新又陌生的道路：复合材料桨叶。

（二）从“玻纤”到“碳纤”，复材桨叶新演绎。

相比其他材质，复合材料桨叶的疲劳性能、抗腐蚀性更强，维护保养便利、使用寿命更佳；且复合材料的设计性很高，更轻巧，可根据翼型和受力需求设计复合材料旋翼的承载方式，对结构受力形式进行优化，使之更能做大做强。

上世纪50年代，美国波音公司首先将复合材料用于旋翼飞机整流罩，并在1970年代为CH-47直升机制造了第一批复合材料旋翼叶片。经过60年发展，目前所有直升机都使用复合材料桨叶，因为它们具有优异的抗疲劳性能和多功能设计的潜力，尤其是碳纤维增强塑料（CFRP）应用最为广泛。

我国最早应用复合材料桨叶的直-9直升机，采用玻璃纤维材料/树脂层压材料桨叶，其寿命已经超过3000飞行小时，远高于同期金属桨叶800小时水平；换装复合材料桨叶的直8F，单片桨叶重量由原来的109kg减轻到约50kg。而在AC-313、直20等新一代直升机所采用碳纤维材料为代表的新一代复合材料桨叶，更具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳等优良的特性。

相比其他材质，复合材料做桨叶有几个天然的优势：

1、复合材料的疲劳性能要远高于金属材料

2、复合材料的设计性很高

3、复合材料不会被腐蚀

4、复合材料更轻巧

（三）如何用匠心织就新一代“铁翼”

由于碳纤维复合材料具有一定脆性，本身抗冲击性较差，在受到冲击后会产生微小的裂纹并不断扩展，增加损伤程度从而产生不同的破坏机制、影响桨叶寿命甚至飞行安全。而桨叶制造历经原材料供应、零组件制造、定位装配、桨叶模压成型、桨叶加工及检测，工序多达30道，每一环节都需严格控制桨叶制造精度、性能指标。为此，我国在试制中重点攻关了模具定位、油道布置以及深加工和热膨胀系统不一致的技术难题，专门设计制造了大型桨叶模压系统，成功实现了开合模、桨叶铺覆和模压成型等全部工艺过程操作和控制。

新材料与工艺的运用使国内新一代复合材料桨叶寿命提高到6000飞行小时；桨叶尺度也大幅提升——在本世纪初国内仅能生产最长约8米的复合材料桨叶，到2019年国内已成功试制出约14米的复合材料桨叶，在填补超大型旋翼桨叶研制技术空白的同时，为后续更大的国产直升机研制奠定技术基础。

空客直升机公司H175型直升机在更改名称之前为欧洲直升机公司（Eurocopter）EC175型直升机，作为一种中等双引擎直升机，其每架飞机设计中均采用了全复合材料主旋翼桨叶。

在国内研发团队的不懈努力下，其创新研发的新一代旋翼成功撑起共和国低空的脊梁，不断创造出国产直升机最大起飞重量、最大飞行高度等新的记录。随着直升机技术发展日新月异，我国又相继开展了具备自适应控制的智能旋翼等第五代旋翼研发工作，不断推动国内旋翼领域新技术的发展。

文章来源： 了不起的中国制造 ，钱鑫博士，看航空