近日，我們欣喜地迎來(lái)了首架C919大飛機(jī)首次飛行試驗(yàn)的圓滿完成！據(jù)悉，在 C919的“皮膚”上，第三代鋁鋰合金材料、先進(jìn)復(fù)合材料的用量分別達(dá)8.8%和12%。對(duì)標(biāo)波音737和空客A320兩種型號(hào)的“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”，C919上先進(jìn)復(fù)合材料的使用量也更多。

C919的誕生標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)即將邁入商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)代。讓我們期待國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)正式交付的同時(shí)，也對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天的應(yīng)用有了更多期待。

那么今天，讓我們來(lái)看看國(guó)際專家對(duì)于熱塑性復(fù)合材料在航空業(yè)的未來(lái)應(yīng)用展望：

據(jù)spiritAeroSystems公司網(wǎng)站2022年刊文，當(dāng)你看飛機(jī)時(shí)，你首先想到的是什么？先進(jìn)航空裝備是“時(shí)間膠囊”，里面承載著一代人最新、最偉大的想法。那么，當(dāng)對(duì)飛行的未來(lái)進(jìn)行展望時(shí)，人們希望下一代飛機(jī)能夠展示這個(gè)時(shí)代的哪些特質(zhì)？更輕、更快、且更可持續(xù)是必須要不斷追求的。使用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)熱塑性復(fù)合材料讓新一代航空裝備獲得這些特質(zhì)的一種解決方案。但由于缺乏合適的設(shè)備、契機(jī)和研發(fā)重點(diǎn)，熱塑性復(fù)合材料目前無(wú)法在整個(gè)行業(yè)中充分發(fā)揮潛力。

下一代制造工藝的開(kāi)發(fā)，如自動(dòng)成型、材料鋪放和焊接，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，以使熱塑性復(fù)合材料在大規(guī)模航空航天制造領(lǐng)域廣泛投入應(yīng)用。斯普利特航空系統(tǒng)公司正在朝著這一目標(biāo)努力，致力于將熱塑性復(fù)合材料帶入電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL）和可消耗無(wú)人機(jī)等新市場(chǎng)，同時(shí)為傳統(tǒng)熱塑性復(fù)合材料航空結(jié)構(gòu)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

為什么熱塑性復(fù)合材料在航空航天中很重要？

鋁和鋼等傳統(tǒng)金屬占飛機(jī)生產(chǎn)制造過(guò)程中材料用量的70%。但市場(chǎng)對(duì)更輕質(zhì)、更高效的飛機(jī)需求正不斷上升。在減輕飛機(jī)重量的熱固性復(fù)合材料方面，研究人員已經(jīng)擁有豐富的專業(yè)知識(shí)，隨著行業(yè)發(fā)展，熱塑性復(fù)合材料也逐漸成為研究重點(diǎn)。兩種類型材料都使用碳纖維增強(qiáng)聚合物的高比剛度和強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)更輕質(zhì)、更高強(qiáng)的飛機(jī)。

目前，熱塑性復(fù)合材料正取代各類應(yīng)用中傳統(tǒng)材料，通常應(yīng)用于較小的零部件。在較大的部件中使用熱塑性復(fù)合材料，如縱梁、框架、艙壁和機(jī)身蒙皮板等，航空裝備減重效果將非常顯著，整個(gè)行業(yè)也會(huì)極大受益。斯普利特的目標(biāo)是在可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高速制造的領(lǐng)域成熟使用熱塑性復(fù)合材料，這意味著能夠在非常短的周期內(nèi)反復(fù)實(shí)現(xiàn)熔塑、成型和固化過(guò)程。

熱塑性復(fù)合材料將如何支撐下一代飛機(jī)發(fā)展？

熱塑性復(fù)合材料已明確可以在三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域得到最佳應(yīng)用：新一代常規(guī)飛機(jī)、可消耗飛行器和城市空中交通（UAM）飛行器等新興市場(chǎng)。每個(gè)領(lǐng)域都需要輕型、高性能的飛機(jī)，而熱塑性復(fù)合材料制造的零部件易于生產(chǎn)、成本低廉且堅(jiān)固耐用。

-常規(guī)飛機(jī)。下一代常規(guī)飛機(jī)（主要是新一代單通道窄體民用客機(jī)），需要優(yōu)先考慮減少排放和節(jié)省燃料成本，同時(shí)兼顧制造成本降低，需要使用能夠減輕重量、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于回收且保證質(zhì)量的材料。

-可消耗飛行器?？上娘w行器是國(guó)防領(lǐng)域的戰(zhàn)略發(fā)展重點(diǎn)，這類飛行器往往是無(wú)人駕駛的，旨在輔助載人飛行器執(zhí)行冒險(xiǎn)性任務(wù)，規(guī)避人身風(fēng)險(xiǎn)。因此這類產(chǎn)品需要生產(chǎn)制造首選關(guān)注成本效益，這樣才能在挽救飛行員生命的同時(shí)犧牲它們，不會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

-城市空中交通等新興市場(chǎng)。一些新興市場(chǎng)，如城市空中交通飛行器，將與如今制造和生產(chǎn)飛機(jī)的方式大不相同。熱塑性復(fù)合材料及相關(guān)工藝技術(shù)的發(fā)展可以輔助其快速周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)這類飛行器的大批量制造。

熱塑性復(fù)合材料性能如何滿足項(xiàng)目需求？

充分研發(fā)材料使得其性能滿足裝備需求需要經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展。掌握復(fù)雜制造過(guò)程中所需的專業(yè)知識(shí)使整個(gè)行業(yè)都將面臨巨大挑戰(zhàn)。斯普利特公司已經(jīng)優(yōu)先考慮了熱塑性復(fù)合材料制造領(lǐng)域的流程改進(jìn)。通過(guò)研發(fā)，斯普利特公司正在尋找創(chuàng)造性的方法使熱塑性復(fù)合材料成為更常用的材料。

此外，斯普利特公司目前正在繼續(xù)開(kāi)發(fā)熱塑性復(fù)合材料相關(guān)技術(shù)，以應(yīng)對(duì)未來(lái)的應(yīng)用需求。其中一些功能包括：

-自動(dòng)纖維鋪放技術(shù)(AFP)。作為世界上最大的自動(dòng)纖維鋪放機(jī)用戶，斯普利特公司正在將此項(xiàng)功能應(yīng)用于熱塑性復(fù)合材料絲束的高速鋪層。這種高效的制造技術(shù)降低了成本并能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模制造，生產(chǎn)出更具成本效益的結(jié)構(gòu)。斯普利特公司近期采購(gòu)的熱塑性復(fù)合材料自動(dòng)纖維鋪放頭是同類產(chǎn)品中的首個(gè)，這款產(chǎn)品展示了斯普利特公司利用自身的技術(shù)專長(zhǎng)來(lái)提高熱塑性復(fù)合材料的制造能力。

-熱塑性復(fù)合材料感應(yīng)焊接技術(shù)使用線圈和高頻交變磁場(chǎng)在導(dǎo)電增強(qiáng)材料中感應(yīng)渦流以產(chǎn)生熱量。通過(guò)這種工藝，熱塑性復(fù)合材料部件在加壓條件下融合在一起，形成一個(gè)一體化的“粘合”組件，且無(wú)需額外材料，如粘合層中的粘合劑等。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)在沒(méi)有緊固件的情況下連接零部件實(shí)現(xiàn)飛機(jī)減重，并能夠允許更快速的部件組裝生產(chǎn)速度。斯普利特公司在2020年美國(guó)復(fù)合材料制造商協(xié)會(huì)(ACMA)熱塑性復(fù)合材料分會(huì)上展示了飛機(jī)前輪艙隔板組件，該部件顯示了大型復(fù)雜幾何形狀自動(dòng)纖維鋪放熱塑性復(fù)合材料制造能力，同時(shí)還采用了斯普利特公司專有的感應(yīng)和電阻焊接技術(shù)進(jìn)行的裝配。

-大規(guī)模復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型。為了最大限度的利用好高速焊接，組件必須兼容熱塑性復(fù)合材料。斯普利特正突破傳統(tǒng)的熱塑性復(fù)合材料沖壓成型的規(guī)模和復(fù)雜性極限，并探索用于成型具有可變橫截面的高縱橫比零件的替代方法。斯普利特正在開(kāi)發(fā)的復(fù)雜沖壓成型零件，其典型件就是利用鋪層遞減和絲束牽引技術(shù)制造的機(jī)身框架部分。

如今的飛機(jī)全身都充滿了歷史的智慧。每架機(jī)器，從軍用直升機(jī)到商用噴氣式飛機(jī)，都是行業(yè)內(nèi)最偉大的頭腦設(shè)計(jì)誕生的。得益于熱塑性復(fù)合材料等創(chuàng)新技術(shù)，目前的飛機(jī)正在努力改變外形設(shè)計(jì)，使其比以往任何時(shí)候都更好、更輕。熱塑性復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的故事才剛剛開(kāi)始，目前仍然需要更精湛的工藝才能使這種材料在航空航天制造領(lǐng)域變得更加通用。在當(dāng)前的飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，斯普利特公司認(rèn)為是時(shí)候優(yōu)先考慮熱塑性復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)，使得最新一代飛機(jī)所具備的先進(jìn)功能和想法得以實(shí)現(xiàn)。（來(lái)源：航空工業(yè)信息網(wǎng)，陳濟(jì)桁?摘自?spiritaero公司網(wǎng)站）

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