国产直升机电加温风挡玻璃应用进展

（中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333000）

0 引言

直升机电加温风挡玻璃是直升机上的功能结构件，主要应用于起飞重量大于7,000磅的直升机。对于起飞重量小于7,000磅的直升机，出于对重量、电源功率和成本的考虑，一般选用单层亚克力作为直升机风挡。

电加温风挡的材料要有良好的光学性能、足够的强度刚度以及较长的使用寿命，同时具备电加温能力，并满足防鸟撞、电磁屏蔽等特殊要求，以保证直升机乘员的正常工作和安全飞行[1]。

1 直升机风挡结构特点

与固定翼飞机风挡相比，因直升机无气密要求，在设计时无需考虑气密疲劳试验。固定翼飞机风挡为关键件，而直升机风挡为一般功能件。

运输类固定翼飞机在发展早期曾采用单层无机玻璃作为风挡玻璃，但存在脆性大、抗冲击性能差等缺陷。为提高飞机风挡玻璃的抗鸟撞能力和使用安全性，风挡玻璃选用层合结构形式，其结构形式由单层无机玻璃改为三层或多层无机玻璃/无机玻璃复合结构形式。层合玻璃结构形式目前在固定翼和直升机电加温风挡上应用较为普遍。

由我国自主设计研制、上世纪90年代定型的直-8直升机为国内设计的直升机中首次安装电加温风挡的机型，风挡典型结构如图1所示。电加温风挡为夹层玻璃结构，最内层和最外层为无机玻璃，中间夹层为有机玻璃；电加温风挡中的加热层为电阻丝；风挡边框材料为铝合金，由内外铝合金框铆接而成。此时的电加温风挡已具有良好的光学性能和电加温能力，但在强度上不具备防鸟撞能力。

AC313直升机由航空工业602所设计，372厂制造，是世界上第一款获得4500米海拔地区A类适航证的民用直升机。AC313直升机安装的电加温风挡典型结构如图2所示。

图1 直-8直升机风挡剖面图

图2 AC313直升机风挡剖面图

与直-8 直升机电加温风挡相同，AC313 直升机电加温风挡的透明件部分仍为无机玻璃-有机玻璃-无机玻璃层合结构形式，但电加温风挡中的加热层更改为镀在外层玻璃内侧的ITO膜，AC313风挡边框由碳纤维复合材料结构铺层，整个风挡强度得到很大的提高，能够满足CCAR-29.631鸟击的要求，提高了驾驶员的安全性。

AC313直升机电加温风挡的无机玻璃材料为铝锂硅酸盐玻璃。普通钠钙硅玻璃经过物理或化学强化后，强度只能提高到200～250MPa。铝锂硅酸盐玻璃经过化学钢化后，强度能够达到400MPa[2]。根据鸟撞试验分析，AC313风挡玻璃在鸟撞过程中最大应力超过550MPa。为了满足适航鸟击要求，AC313直升机电加温风挡的重量比直-8直升机电加温风挡增重约80%，重量代价较大。

随着无机玻璃的研究发展，高铝硅酸盐玻璃化学强化后表面应力已超过900MPa[3-5]。因其在化学强化后具有的优良力学性能，该材料已在固定翼风挡上广泛使用，例如空客318、319、320、321以及波音757、767、777、787。目前，该材料也已在直升机风挡上广泛使用，例如直15/EC375直升机。直15是由航空工业哈飞与欧直联合研制的7吨级中型运输直升机，其电加温风挡采用无机玻璃-有机玻璃-防飞溅层的结构形式，如图3所示，外层无机玻璃的材料为高铝硅酸盐玻璃。

图3 直15/EC375直升机风挡剖面图

目前，直升机电加温风挡的结构形式主要有无机玻璃-有机玻璃-无机玻璃-防飞溅层和无机玻璃-有机玻璃-防飞溅层两种，两种构型的电加温风挡均能具备良好的光学性能和电加温能力，同时具有抗鸟撞能力。一般来说，前者构型由于比后者多了一层，重量上相对较重；但前者构型在整体强度上优于后者。

2 直升机风挡发展趋势

未来直升机电加温风挡总体发展方向应该是高性能化和多功能化协调发展。

2.1 高性能化

化学强化无机硅酸盐玻璃及复合材料的高性能化发展是先进电加温风挡的基础和前提。无机硅酸盐玻璃经化学强化后，强度及表面残余应力进一步提高，玻璃更强、更耐划伤。树脂基复合材料在发展高强高模增强纤维的同时，提升树脂机体的韧性，进一步降低电加温风挡边框的重量。

2.2 多功能化

军用直升机因战场特殊环境，还应具有隐身（视觉、红外和雷达）、防弹、电磁屏蔽等功能。未来直升机电加温风挡还可具备HUD(Head Up Display)、防水防雾、隔音等功能。

3 结束语

随着近几十年的不断发展，电加温风挡在直升机上的应用已达到国际先进水平，也推动了直升机技术的进步。国产直升机电加温风挡通过国内直升机需求的牵引和推动，目前已基本实现国产化，技术水平不断提高。未来国产直升机电加温风挡技术发展将追求长寿命、高可靠、高性能和多功能，对其材料与结构的综合要求越来越高，对高性能复合材料和无机玻璃、先进镀膜工艺需求迫切。为此，国内今后应大力发展高性能复合材料及无机硅酸盐材料，提升大面积复杂曲面透明件镀膜工艺水平，降低制造成本，进一步提升国产直升机电加温风挡的应用技术水平。