編者按：本文由楊超凡老師提供。楊超凡老師是原航空工業(yè)部第一批研究員級高級工程師，享受國務(wù)院特殊津貼。1965年西北工業(yè)大學(xué)飛機(jī)系制造專業(yè)畢業(yè)。先后在西安飛機(jī)制造公司、陜西飛機(jī)制造公司、上海飛機(jī)制造廠、中航商用飛機(jī)設(shè)計(jì)有限公司從事飛機(jī)制造工作，并在廣東昌盛飛機(jī)設(shè)計(jì)有限公司承擔(dān)飛機(jī)制造工藝和復(fù)合材料選材工作。曾任陜飛副總工程師。

　　波音 787 和 A350 使用的復(fù)合材料占每架飛機(jī)的 50%以上(按重量計(jì)算)，是復(fù)合材料應(yīng)用于主結(jié)構(gòu)的里程碑。然而，對這些飛機(jī)的需求不足，導(dǎo)致對復(fù)合材料（纖維、樹脂、粘合劑）的需求受到了抑制。此外，由于航空復(fù)合材料供應(yīng)鏈相對較短，對原材料的需求變化能夠快速影響整條產(chǎn)業(yè)鏈。因此，疫情大流行對為航空復(fù)合材料行業(yè)服務(wù)的材料供應(yīng)商和制造商提出了極大的挑戰(zhàn)性。

　　然而，即使在疫情大流行之前，波音和空客也已通過其供應(yīng)鏈發(fā)出了強(qiáng)烈的信號，表明對下一代飛機(jī)，尤其是對下一代單通道 SA（single-aisle）飛機(jī)材料和工藝（M&P）的需求。假設(shè)這兩家公司都可能在 2025-2030 年間發(fā)布一款全新的單通道飛機(jī)，對于這兩家飛機(jī)制造商來說，新飛機(jī)可能會以目前 737 或 A320 未采用的方式來生產(chǎn)復(fù)合材料機(jī)翼、尾翼和機(jī)身（可能性較?。?。此外，兩家公司都預(yù)測新飛機(jī)的建造速率為每月 60-100 架。這意味著用于制造 787 和 A350 (熱壓罐固化預(yù)浸料)的材料和工藝將無法滿足新飛機(jī)的生產(chǎn)速率要求。因此，整個(gè)航空復(fù)合材料供應(yīng)鏈都在追求高度自動化、高效、非熱壓罐(OOA)技術(shù)，以滿足以上需求。

“Wing of Tomorrow（明日之翼）”項(xiàng)目空客首個(gè)全尺寸原型機(jī)翼上壁板
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? ? ? ?補(bǔ)充說明：下壁板已經(jīng)由 Spirit 制造出 7 米長的試驗(yàn)件。碳纖維用 Teijin 的單向帶（UD）和無卷曲織物（NCF）。鋪放的蒙皮是凈尺寸。樹脂用 Solvay 的單組份環(huán)氧樹脂。熱灌注樹脂、模具表面加熱。3 小時(shí)制造一塊壁板。

? ? ? ?疫情大流行可能推遲了新單通道客機(jī)的開發(fā)時(shí)間，但它沒有改變空客或波音對其材料和工藝的要求。空客對其供應(yīng)商表示，有必要加速復(fù)合材料技術(shù)的成熟，使其為飛機(jī)的高速生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。這不是一個(gè)微不足道的過程。航空航天工業(yè)多采用高質(zhì)量材料，且已使用了幾十年。飛機(jī)制造商更傾向于使用這些材料來生產(chǎn)零部件，除非其中的許多材料需要熱壓罐固化。改用非熱壓罐固化的液體樹脂灌注、樹脂轉(zhuǎn)移成型(RTM)、壓縮成型或熱塑性復(fù)合材料將需要一定進(jìn)行大量的材料測試鑒定，而這必將是一個(gè)耗時(shí)且昂貴的過程。然而，如果最終的回報(bào)是高質(zhì)量且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品，非熱壓罐工藝和資格鑒定也將是可以接受的。

GKN 宇航公司最終設(shè)計(jì)制造的熱塑復(fù)材翼肋將位于WOT（明日之翼）演示機(jī)翼上的第 14 翼肋
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? ? ? ?最引人注目的是空客的“明日之翼”( WOT，Wing of Tomorrow )項(xiàng)目，這是一個(gè)由一級供應(yīng)商組成的聯(lián)盟，開發(fā)面向?qū)ο蟮膹?fù)合材料和工藝技術(shù)，為單通道大小的飛機(jī)制造機(jī)翼。WOT的合作伙伴包括 Spirit AeroSystems（制造機(jī)翼下蒙皮）、GKN 宇航公司（制造梁、肋）、Daher 公司（制造梁、肋）、FACC 公司（制造襟翼）和空客（制造機(jī)翼上蒙皮）。

? ? ? ?空客公司于 2021 年9 月 22 日宣布，已經(jīng)組裝了第一架 WOT原型機(jī)?？偣矊⒅圃烊齻€(gè)全尺寸的原型機(jī)翼。第一個(gè)將用于理解系統(tǒng)集成；第二個(gè)將進(jìn)行結(jié)構(gòu)測試，以與計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行比較；第三個(gè)將測試規(guī)?；a(chǎn)，并與工業(yè)模型進(jìn)行比較。

? ? ? ?值得注意的是，WOT正在評估制造翼肋的熱塑性復(fù)合材料。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榧词故窃?787 和 A350的翼肋也是鋁合金制造的。翼肋向復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變將是一個(gè)重要的里程碑。兩家制造商開發(fā)了用于翼肋制造的復(fù)合材料和工藝。英國 GKN 宇航公司的第 14 號翼肋的演示使用了蘇威復(fù)合材料公司的碳纖維/PEKK 單向預(yù)浸帶及壓縮成型工藝；Daher 公司使用類似的工藝開發(fā)了 5 個(gè)演示翼肋，應(yīng)用了東麗先進(jìn)復(fù)合材料公司的碳纖維/PAEK UD 預(yù)浸單向帶。

? ? ? ?Daher 公司還為 WOT生產(chǎn)了 2 米長的內(nèi)翼梁，使用的是真空袋(VBO-Vacuum Bag Only ) OOA 熱固性材料，即由Hexcel的M56 （350°F 固化） OOA 環(huán)氧樹脂預(yù)浸的 Hexcel AS4 碳纖維織物和 IM7 碳纖維單向帶。用于制造梁的設(shè)備是科里奧利公司的自動鋪放裝置，該系統(tǒng)將材料應(yīng)用于凸模模具上。

? ? ? ?另一項(xiàng)為航空結(jié)構(gòu)開發(fā)復(fù)合材料和工藝的項(xiàng)目是“清潔天空 2”。該項(xiàng)目的目標(biāo)是使用復(fù)合材料和非復(fù)合材料為各種飛機(jī)部件和系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)工藝?！扒鍧嵦炜?2”中引人注目的復(fù)合材料相關(guān)項(xiàng)目旨在將熱塑性樹脂應(yīng)用于機(jī)身結(jié)構(gòu)、熱塑性塑料焊接、樹脂灌注翼盒、3D 打印、熱懸空成形等技術(shù)領(lǐng)域。

? ? ? ?即使航空航天業(yè)專注于高速航空結(jié)構(gòu)制造，商務(wù)機(jī)、通勤飛機(jī)等機(jī)型由于制造數(shù)量少，可能更傾向于使用先進(jìn)復(fù)合材料。這是一個(gè)名為 OPTICOMS 的清潔天空項(xiàng)目的重點(diǎn)研發(fā)方向，該項(xiàng)目是由以色列航空航天工業(yè)(IAI, Lod，以色列)領(lǐng)導(dǎo)的財(cái)團(tuán)，包括科里奧利、技術(shù)模塊工程(TME, Coudes，法國)和Danobat (Elgoibar，西班牙)。OPTICOMS 由多個(gè)子項(xiàng)目組成，用以評估和確定最佳的機(jī)翼設(shè)計(jì)、材料組合和 OOA 制造工藝，從而實(shí)現(xiàn)小批量全復(fù)合材料機(jī)翼盒的自動化制造。

? ? ? ?以上根據(jù) 2021.12.3 《 Composites end markets: Aerospace (2022)》中有關(guān)內(nèi)容翻譯。

? ? ? ?擴(kuò)展信息：原文介紹的未來商用飛機(jī)復(fù)合材料，主要是針對未來單通道 客機(jī)。但是僅對機(jī)翼的材料和工藝做了介紹。對機(jī)身的材料和工藝一筆而過。其實(shí)，在歐盟資助的 “清潔天空 2”中，對機(jī)身使用先進(jìn)的、高性能熱塑性聚芳醚酮（PAEK）、聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）碳纖維復(fù)合材料和焊接工藝，做了大量的研發(fā)工作。具報(bào)道，今年要完成直徑 4 米、長 8 米的機(jī)身桶體試驗(yàn)件。

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