随着新冠疫 情危机的逐步解除，全球航空业迎来了强势复苏，航空领域复合材料厂商正在陷入新一轮激烈竞争，研发新的材料与工艺技术，在新一代飞机项目供应链中占据有利位置是全行业的基本共识。本文将盘点应用在飞机上的复合材料创新技术与工艺。

航空复合材料供应链制造商暗自发力

航空复合材料供应链上下游制造商都在暗自发力，重新寻找自身定位，以满足接下来任何新飞机研发项目的需求。即使航空工业不确定新型飞机的尺寸和规格，但行业对于材料和工艺，(M&P)的了解深入，可以预判。

随着民航业对于长航程、高能效、低成本飞机的需求越发明确，航空工业逐渐形成了由宽体架构向窄体架构转变的趋势，业内普遍观点是，无论波音或空客下一步开发什么飞机，都将面向每月多达100架飞机的市场需求。此外，新型飞机肯定会采用复合材料机翼，甚至大量使用复合材料机身设计。

每月生产100架飞机，且机型的主要结构大量使用复合材料和相关工艺，满足这样的生产需求在商用航空制造业中是前所未有的。大量使用复合材料与工艺的趋势，正有力推动行业摆脱以热压罐成形为代表的效率瓶颈，逐步转向液体成形工艺和材料，如树脂传递模塑(RTM)、树脂灌注、压缩成型，又如热塑性复合材料等。更加广泛使用复合材料的趋势也将催生更多的自动化技术、改进的过程控制能力、更多的零部件集成设计、更少的紧固件连接件使用，甚至是更少的人力工作。

完全摆脱热压罐成形技术所面临的挑战之一，是整个行业正在考虑将纤维/树脂组合应用到此前从未使用过的结构部件中。这种创新虽然有利于整个复合材料行业的发展，但仍然需要通过足够严谨的测试鉴定来验证新的材料和工艺技术能够在预期应用中具备可靠性，这种鉴定既费时又昂贵。若复合材料行业想要满足新型飞机制造的需求，迈出这一步是十分必要的。

由于已经预见了这种趋势，一些1级和2级复合材料制造商正在积极努力实现现代化升级，以期满足飞机原始设备制造商的需求。在复合材料制造商开发的一些最新技术和应用部件中，已经可以窥探行业在材料和工艺领域进行了深入研究，各厂商已开始对未来供应链中位置的展开激烈争夺。主要包括以下项目。

波音公司验证热塑性碳纤维复合料制造机舱内侧壁板的可行性

2022年5月，波音与意大利复合材料生产解决方案提供商Cannon Ergos合作进行模压试验，以验证由再生碳纤维增强的高性能热塑性塑料制造飞机机舱内侧壁板的可行性，从而减少环境的污染，实现可持续发展目标。

日本帝人公司研发的非卷曲织物，应用于"明日之翼”一体化翼梁

日本帝人公司研发的非卷曲织物，经过切割和预成型，主要应用于GKN航宇公司制造的"明日之翼”(WOT)项目中的一体化翼梁。

用于高效航空制造的一体化、一次成形17米翼梁。空客"明日之翼”(WOT）项目中计划采用多项新型复合材料与工艺技术组合，旨在推进先进复合材料机翼的制造并减轻结构重量。“明日之翼"项目中最大的结构之一，是一款长达17米的一体化碳纤维复合材料翼梁，由GKN航宇公司利用RTM工艺开发并制造。其独特之处在于对于单个RTM部件来说，这款C形翼梁尺寸非常大，超过了传统RTM工艺的限制，并且使用了日本帝人公司提供的非卷曲织物(NCF)。GKN设法在没有切割的情况下将NCF铺放在工装上进行加工制造。空客公司已经装配完成了首个"明日之翼"验证件，将进行严格的测试以评估设计和材料的可靠性。“明日之翼"项目中的技术是否可以安装在飞机上、并且如何在飞机上进行部署目前还有待观察。

德国弗劳恩霍夫先进材料研究所碳纤维热塑性机身制造技术

位于德国Stade的弗劳恩霍夫Fraunhofer制造技术和先进材料研究所IFAM将于2023年6月19日至25日在巴黎国际航空展上展示可持续飞机生产的自动化解决方案。新型轻量化材料和制造工艺不仅提高了效率、降低了成本，而且在实现气候友好型飞行的道路上具有里程碑意义：在一架典型的客机上，每节省一公斤重量，每年可减少多达120公斤的煤油消耗。自动化和生产技术研究人员深入了解了当前以应用为导向的研发活动，重点是由各种材料制成的大型轻质结构的加工和组装，他们在德国斯塔德的CFK NORD研究中心以1:1的比例实现了这一活动，开发出达到工业规模的自动化或半自动化制造解决方案。

这些方案主要包括如下：

1、由碳纤维增强热塑性塑料（CFRP）制成的未来更轻的Clean Sky 2飞机机身的组装技术

2、用于飞机生产的轻质机器人模块化系统

3、CFRP整体框架的自动预装配

4、飞机垂尾机舵铰链自动化装配

5、提高大型CFRP构件流水线的制造效率

6、Clean Sky 2“MFFD”未来的飞机机身–碳纤维增强热塑性塑料新机身设计的组装技术

未来飞机机身重量的显著减轻源于一种新的设计，而纤维增强热塑性复合材料的使用在全球范围内首次为这一应用领域提供了可能。

DLR完成“多功能机身验证件”全尺寸热塑性复材上机身壁板制造

2022年4月，DLR宣布完成了“（MFFD）多功能机身验证件”全尺寸上机身壁板的生产，DLR将利用该试验件开展一系列热塑性复合材料生产技术的验证工作。DLR正在利用针对热塑性复合材料的无尘焊接技术进行机身框架与蒙皮的集成。由东丽公司生产的新型防雷击（LSP）薄膜材料也已作为蒙皮叠层的第一层集成到机身结构中。

2021年6月，荷兰航空航天中心（NLR）与GKN Fokker等组成的联合团队完成了下半机身壁板的制造，两部分机身壁板样件将运往德国弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所进行组装。

西班牙马德里卡洛斯三世大学探索热塑性复材在航空航天中的应用

2022年4月，西班牙马德里卡洛斯三世大学（UC3M）承担了欧盟“地平线2020”（Horizon 2020）计划中的“热塑性复合材料的高温表征和建模”（HITCOMP）项目，研究热塑性材料在航空航天工业中的应用。研究团队使用基于PAEK树脂的新型热塑性材料来提高热固性复合材料在热损伤下的性能。HITCOMP项目旨在建立热塑性复合材料在机械载荷、火焰、高温等情况下的力学表征方法，通过红外热成像对材料的实际温度进行精确测量，使用计算机仿真计算材料性能，并与传统热固性复合材料的性能进行对比。

新材料新工艺推动飞机结构性能持续提升

先进材料和制造工艺是结构设计的基础和实现的前提，新材料新工艺的进步正持续推动飞机结构性能提升。2022年，国外在新材料新工艺方面继续保持研究热度，相关研究成果对未来航空结构设计具有重要意义。

1. GKN公司推出新耐磨玻璃涂层材料

2022年11月，英国GKN公司推出一种永久性防水耐磨玻璃涂层技术。目前，驾驶舱风挡玻璃的疏水涂层持续时间不长，须由操作人员重新添涂。GKN公司新的防水耐磨玻璃涂层技术可提供疏水功能，具有更大的耐磨性，将减少风挡玻璃雨刷的损坏，进而消除维护任务。GKN还通过在原材料中混合应用紫外线阻挡剂，延长风挡玻璃寿命，在设计中采用内外涂层和夹层，以减少紫外线的透射。该涂层技术处于开发的最后阶段，包括飞行测试。

2. 美国新泽西州立罗格斯大学开发低成本大型复杂零件增材制造技术

2022年8月，美国新泽西州立罗格斯大学的研究人员开发了一种低成本增材制造大型复杂零件的新型工艺，即多喷嘴熔融丝制造（MF3）工艺。该工艺可同时打印单个或多个几何形状不同的、非连续的、不同尺寸的零件。MF3打印机配备了一系列小喷嘴而不是传统打印机中常见的单个大喷嘴，来沉积熔融材料，能够增加打印分辨率和零件尺寸，并大大减少打印时间。此外，由于喷嘴可以独立开启和关闭，MF3工艺具有灵活性，当喷嘴发生故障时，不需要停止打印过程，只需由同一个臂上的另一个喷嘴承担即可。

3. NASA开发复合材料高速制造工艺

2022年8月，NASA与先进复合材料联盟的行业伙伴（其中包括飞机制造商、设备和软件开发商以及材料供应商）合作开展HiCAM项目，旨在开发复合材料高速制造工艺，以更快的速度制造大型飞机部件（如机翼和机身）。HiCAM项目的研究内容包括：不同复合材料在热压罐中的固化速度、不使用热压罐进行固化的材料、探索可应用于飞机制造的其他复合材料等。

4. 英国开发新型液体树脂注入成型工艺

2022年11月，英国树脂传递模塑和树脂灌注工艺开发商Composite Integration与希尔直升机公司合作开发了一种复杂真空密封的多零件工具工艺技术，采用单件单次、液体树脂注入成型的方式（无粘结接头）制造碳纤维直升机机身原型件。Composite Integration公司因该技术获得2022年复合材料英国工业奖——复合材料制造创新类别奖。

5. 英国复合材料自动化预成型技术取得突破

2022年8月，英国自动化解决方案开发商Loop技术公司推出新型复合材料层沉积工装FibreFORM，用于自动化大型预制件的铺层。针对要求毫米级精度和可重复性的工艺，该工装每小时可层沉积200千克材料，使航空航天领域在大批量、高精度预成型能力上达到一个新台阶。

文章来源： 追涨杀跌狙击手，钱 鑫 博士，飞行邦