在Igor Sikorsky開始他的航天生涯時，首先嘗試了垂直式飛行，幷于1909年建立了飛機原型。
后來他認為，該階段的技術(shù)無法支持旋翼飛機的開發(fā)，因此他很快就改為研究固定翼飛行器。他在俄國的時候設計了許多成功的飛行器，后來移民美國，1925年在紐約州長島建立了Sikorsky Aircraft公司。Sikorsky是一名成功的航天先驅(qū)，他設計的是以陸地為基地、固定機翼的飛行器和飛行船。
二十世紀三十年代航空技術(shù)的發(fā)展給Sikorsky帶來機會，使他可以重新研究垂直式飛行。因為旋翼飛機必須具備簡潔的結(jié)構(gòu)和輕型的引擎，這兩方面的要求終于可以在技術(shù)上得到實現(xiàn)。1939年，他將航天技術(shù)上的知識應用到VS-300機型上，該系統(tǒng)是世界上首架實用的旋翼飛機。從那以后，該公司成為直升飛機的主要生產(chǎn)商，不僅生產(chǎn)軍用/商用飛機，也進行技術(shù)開發(fā)應用，其中包括了X2演示機型（如圖1a）。
現(xiàn)在，重于空氣的直升機飛行已經(jīng)成為可能，但是還需要大大降低機身的重量。在航天航空領(lǐng)域，對旋翼飛機的主要要求就是提高結(jié)構(gòu)中每個零部件的效率。機身結(jié)構(gòu)上的少許增加可能導致有效載荷的嚴重損失。載荷的損失和燃料承載能力的降低可能導致整體設計的失敗。
在旋翼飛機結(jié)構(gòu)的設計中，輕型材料的使用十分重要，例如UH-60A黑鷹的設計（圖1b）。鈦、鎂、鋁和更多的復合材料被廣泛用于旋翼飛機的制造中。鈦是Sikorsky旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)設計中的主要材料，而鎂是變速器結(jié)構(gòu)的主要材料，鋁是機身零件的主要材料。復合材料正更多的被用于葉片、旋翼頭零件和機身結(jié)構(gòu)中?！ ?/div>
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在旋翼飛機結(jié)構(gòu)的設計中，輕型材料的使用十分重要，例如UH-60A黑鷹的設計（圖1b）。鈦、鎂、鋁和更多的復合材料被廣泛用于旋翼飛機的制造中。鈦是Sikorsky旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)設計中的主要材料，而鎂是變速器結(jié)構(gòu)的主要材料，鋁是機身零件的主要材料。復合材料正更多的被用于葉片、旋翼頭零件和機身結(jié)構(gòu)中?！ ?/div>
旋轉(zhuǎn)器零部件和變速器的制造是采用大型金屬坯鍛造而成的。機身也包含了一些采用鍛造材料的零件，但是，機身零件絕大多數(shù)采用鋁板。傳統(tǒng)上，使用7000系列鋅基鋁合金來進行加工，這是因為該合金具有良好的靜止力度和疲勞強度。雖然7000系列鋁材料很適合航空應用，但是它們不耐高溫。快速加溫，如焊接和激光切割等操作，會導致微裂痕。微裂痕導致疲勞強度的降低。焊接和激光切割是兩種產(chǎn)生熱致微裂痕的加工。
激光切割的優(yōu)勢在于能快速、準確的將鋁箔加工成不同的形狀，該技術(shù)優(yōu)勢使得激光切割設備剛實現(xiàn)商業(yè)化就吸引了許多航空公司。二十世紀七十年代，主要的制造商對激光切割技術(shù)進行了評估，他們發(fā)現(xiàn)，激光加工產(chǎn)生的微裂痕對零件的疲勞特性所產(chǎn)生損害是不允許的。潛在的增重損害了制造業(yè)的利益，就使得激光切割技術(shù)被主要的機身制造商們束之高閣。
除了微裂痕的問題，人們還發(fā)現(xiàn)激光切割技術(shù)的參數(shù)很難控制，幾乎無法進行檢驗。在目前的國際制造業(yè)市場，對所有加工和特征參數(shù)的檢驗進行嚴格的控制日益重要，因為這些加工工作更多的被外包給外圍的供貨商。
質(zhì)量和加工控制是至關(guān)重要的。任何給加工帶來不確定因素的過程都必須加以控制或者直接排除。以往，激光切割給不同生產(chǎn)批次之間的質(zhì)量控制和一致性帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
在目前的激光切割系統(tǒng)中，這些激光切割在航空應用中的局限性都得到改進，這些局限性包括疲勞性能和制造過程一致性降低的問題?，F(xiàn)在，激光系統(tǒng)在很大程度上減小了熱影響區(qū)域（HAZ）的大小和相應的微裂痕。在激光切割過程中，技術(shù)人員已經(jīng)可以對切割參數(shù)進行控制，幷且利用計算器軟件進行精確的重復。這些技術(shù)進步使得人們對激光切割是否適用于機身結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)重新思考。機身結(jié)構(gòu)主要是7000系列鋁材料制造而成。激光切割機器如圖2所示?！ ?/div>
激光切割
疲勞斷裂通常發(fā)生在應力集中的地方，如零件的邊緣，幾何形狀變化處，或者接合處。薄板金屬制成的機身零件有很多不同的接合方式，絕大多數(shù)的疲勞裂痕發(fā)生在接合處。如果激光沒有被用于切割接合處的小孔，那么激光主要就用于零件的邊緣切割。對于其它的效應，可以采用最易損壞的連接位置來說明與連接處相比，激光切割帶來的微裂痕幷非主要的損壞部位。這樣，我們就能得出結(jié)論：如果一個零件有可能在連接處斷裂，那么激光切割技術(shù)不會進一步損壞零件的疲勞特性。
鉚合結(jié)構(gòu)
Sikorsky Aircraft公司進行了一些測試，以研究激光切割邊緣與連接處小孔的疲勞特性之間的關(guān)系。在進行激光邊緣測試時，技術(shù)人員使用了工廠中典型的激光切割操作來加工7075-T6復合金屬板。技術(shù)人員在不同的應力級別對樣品進行了測試，R值保持在+0.1。選擇+0.1是由機身結(jié)構(gòu)疲勞系數(shù)的臨界值決定的。
鉚合結(jié)構(gòu)（圖3）的疲勞性能是由Sikorsky公司的測試數(shù)據(jù)和發(fā)布在其它資源中的數(shù)據(jù)來確定的。如圖4所示，在整個過程中，激光切口邊緣比鉚合結(jié)構(gòu)承受更大的應力。整個測試包括了持久力以及塑性形變測試，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)激光邊緣幷不是整個過程的關(guān)鍵因素。雖然，該測試只是一個開始，但是它表明激光技術(shù)可以應用在機身金屬板的切割中?！ ?/div>
鉚合結(jié)構(gòu)與激光切口的測試比較
鉚合結(jié)構(gòu)（圖3）的疲勞性能是由Sikorsky公司的測試數(shù)據(jù)和發(fā)布在其它資源中的數(shù)據(jù)來確定的。如圖4所示，在整個過程中，激光切口邊緣比鉚合結(jié)構(gòu)承受更大的應力。整個測試包括了持久力以及塑性形變測試，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)激光邊緣幷不是整個過程的關(guān)鍵因素。雖然，該測試只是一個開始，但是它表明激光技術(shù)可以應用在機身金屬板的切割中?！ ?/div>
鉚合結(jié)構(gòu)與激光切口的測試比較
激光切割過程可以更快的加工具有一致性的零件，它比傳統(tǒng)的加工效率更高。激光技術(shù)有望降低加工時間和生產(chǎn)成本。長時間以來，在7000系列鋁板的加工中，激光器的優(yōu)勢一直由于疲勞性能的降低而未能得到發(fā)揮。最近，激光系統(tǒng)的革新使得人們重新對激光切割航空用鋁的優(yōu)勢進行評估。初步測試已經(jīng)表明激光技術(shù)在機身加工中的潛力。今后的機身系統(tǒng)以及現(xiàn)有的設計不應因為過去的經(jīng)驗而排除激光器在該機身系統(tǒng)中的可能應用。我們應該保持開放的態(tài)度來分析各種情況，以確定激光技術(shù)可否帶來產(chǎn)品效益。
人們采用一些技術(shù)來減小HAZ，使得加工過程精確幷可控。這些技術(shù)可以使激光加工的金屬零件的疲勞退化得到降低，或者完全消除。正如同70多年前那些使得“重于空氣”的垂直飛行成為可能的技術(shù)那樣，激光切割技術(shù)不斷向前發(fā)展。雖然鋁板的激光切割起初幷未用于航空行業(yè)，但在目前生產(chǎn)低成本、結(jié)構(gòu)有效的零件中，它有望起到一定的作用?！ ?/div>
利用激光切割設備可切割4mm以下的不銹鋼，在激光束中加氧氣可切割8～10mm厚的不銹鋼，但加氧切割后會在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到16mm，但切割部件的尺寸誤差較大。
激光切割設備的價格相當貴，約150美元以上。但是，由于降低了后續(xù)工藝處理的成本，所以，在大生產(chǎn)中采用這種設備還是可行的。由于沒有刀具加工成本，所以激光切割設備也適用生產(chǎn)小批量的原先不能加工的各種尺寸的部件。目前，激光切割設備通常采用計算機化數(shù)字控制技術(shù)（CNC）裝置，采用該裝置后，就可以利用電話線從計算機輔助設計（CAD）工作站來接受切割數(shù)據(jù)。
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