它被懸掛在分散的組件夾具之間，在飛機(jī)裝配線上不會(huì)引起第二眼的注意。然而，在德國北部的一個(gè)匿名機(jī)庫里，一個(gè)亞光黑色的機(jī)身部分—或者用行話來說是筒體—可能是未來超高效的形狀。

“清潔天空2號”是一個(gè)雄心勃勃、得到歐盟支持的公私合作項(xiàng)目，其總體目標(biāo)是根據(jù)《歐洲綠色協(xié)議》將飛機(jī)二氧化碳、氮氧化物和噪音排放量減少30%。該協(xié)議的既定目標(biāo)是到2050年使歐盟實(shí)現(xiàn)氣候中和。

該黑色筒體于2014年開始研制，屬于“清潔天空2號”的子項(xiàng)目—多功能機(jī)身演示器（MFFD-Multifunctional Fuselage Demonstrator）。它長8米，寬4米，主要由熱塑性復(fù)合材料制成。通過研究這些聚合物作為結(jié)構(gòu)材料的可行性，MFFD有效地成為了加速飛機(jī)生產(chǎn)的跳板，從而提高了歐洲航空航天的競爭力。

機(jī)身更輕、更快

機(jī)身不僅僅容納乘客和貨物。它還攜帶重要的電氣、機(jī)械、氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)。機(jī)身完成后安裝系統(tǒng)會(huì)增加生產(chǎn)成本和時(shí)間。系統(tǒng)也很重。更輕、更容易生產(chǎn)的熱塑復(fù)材機(jī)身有助于抵消這些不利因素。

熱塑性復(fù)材可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，主要是因?yàn)椴辉傩枰獙鹘y(tǒng)金屬機(jī)身零件連接在一起的大量的緊固件，或者所需的數(shù)量要少得多。

熱塑性復(fù)材全稱為碳纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物復(fù)合材料（CFRTP，確實(shí)有點(diǎn)拗口），可在高溫下成型。然后冷卻固化。如果典型的機(jī)身段與客艙和貨艙零件巧妙地結(jié)合在一起，它們的引入可能會(huì)導(dǎo)致每架飛機(jī)的結(jié)構(gòu)性重量節(jié)省超過10％。

CFRTP復(fù)合材料還提供了一個(gè)更直接的優(yōu)勢：它們比金屬或碳纖維部件更容易重復(fù)使用和回收。

 

預(yù)裝模塊

回到我們的庫房。MFFD由兩個(gè)半圓柱殼或模塊組成，它們構(gòu)成了機(jī)身筒體。下部模塊預(yù)先配備了系統(tǒng)和布線；上面有一些座艙標(biāo)志。

在純生產(chǎn)方面，熱塑性復(fù)材使這些模塊能夠使用新的方法進(jìn)行組裝，每種方法都在MFFD上進(jìn)行測試。例如，它的外殼是通過自動(dòng)超聲波或激光點(diǎn)焊連接的，而不是鉚接在一起。這為裝配工人創(chuàng)造了一個(gè)相對無塵的環(huán)境。然后通過自動(dòng)傳導(dǎo)焊接將下機(jī)身模型的地板固定到位。

到2024年底該項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，MFFD實(shí)際上已經(jīng)超過了其減重目標(biāo)，與金屬機(jī)身筒體相比，其成本是中性的。40多種技術(shù)“專項(xiàng)”已經(jīng)過高水平的測試，從小型微觀力學(xué)（復(fù)合材料行為的研究）到新型夾具、工具，以及如上所述的先進(jìn)焊接技術(shù)。

MFFD的顛覆性方法可以使CFRTP復(fù)合材料機(jī)身的制造速度達(dá)到每月100架，這是未來單通道飛機(jī)的目標(biāo)速率。除了經(jīng)濟(jì)效益外，新型機(jī)身的先進(jìn)架構(gòu)、更低的重量和更高的制造速率將有助于降低生命周期排放，符合“清潔天空2號”的目標(biāo)。

歐洲的成功故事

自完成以來，該演示器一直居住在漢堡的ZAL應(yīng)用航空研究中心。它實(shí)際上是在施塔德附近的弗勞恩霍夫研究所組裝的。空中客車公司在德國的這兩個(gè)城市都有廣泛很多的設(shè)施。

MFFD的創(chuàng)新是一個(gè)完全歐洲的成功故事。空中客車是組成該財(cái)團(tuán)的13個(gè)主要合作伙伴之一，其中包括薩博、GKN福克、德國航空航天實(shí)驗(yàn)室DLR、代爾夫特理工大學(xué)以及一個(gè)分包商。

“如果學(xué)術(shù)界、研究中心和行業(yè)參與者圍繞一個(gè)共同目標(biāo)團(tuán)結(jié)一致，MFFD就是一個(gè)很好的例子，”空中客車公司“清潔天空2號”大型客機(jī)平臺(tái)負(fù)責(zé)人York Roth說。“僅靠一個(gè)玩家永遠(yuǎn)無法交付如此復(fù)雜的大型演示機(jī)身筒體。”

 

原文，《Fantastic thermoplastics 》 2024.10.15

楊超凡 2024.10.16