English
簡體中文
這些計(jì)劃以越來越大的尺寸和復(fù)雜性演示了共固化的TPC蒙皮-桁架結(jié)構(gòu)，并且正逐步推廣到“潔凈天空”2計(jì)劃中下一代飛機(jī)機(jī)身的全尺寸機(jī)身驗(yàn)證件，包括多功能機(jī)身驗(yàn)證件（WP2.1）、全尺寸下機(jī)身（WP2.3.2）和全尺寸“典型”中后機(jī)身（WP2.3.3）。其中，多功能機(jī)身驗(yàn)證件（長8m，直徑2m）特別引人注目，2020年，不對稱的半桶形機(jī)身設(shè)計(jì)正在使用熱塑性復(fù)合材料制造。其目標(biāo)是將座艙、貨艙和飛機(jī)系統(tǒng)與機(jī)身集成在一起，以減輕重量和制造成本，同時(shí)增加乘客和貨物的空間。
多功能機(jī)身驗(yàn)證件
總體而言，法國和荷蘭的TPC開發(fā)采用了兩步法，西班牙則偏愛一步法原位固結(jié)（ISC），而意大利正在嘗試向ISC轉(zhuǎn)換。
一、法國
科里奧利復(fù)合材料公司一直是TPC技術(shù)開發(fā)的主要合作伙伴，它與空客合作，通過FlashTP機(jī)床將機(jī)器人自動絲束鋪放（AFP）開發(fā)為工業(yè)解決方案。與熱固性預(yù)浸料技術(shù)相比，它驗(yàn)證了熱塑性的材料和工藝性能，并確認(rèn)了科里奧利等的關(guān)鍵開發(fā)成果。FlashTP安裝在技術(shù)營地EMC2中，這是一個(gè)由空客和卡諾實(shí)驗(yàn)室Cetim等聯(lián)合創(chuàng)建的研究和技術(shù)轉(zhuǎn)讓中心，位于空客南特工廠附近。該工廠在復(fù)合材料領(lǐng)域處于，生產(chǎn)A340龍骨梁、A380翼盒（50％為復(fù)合材料）、適用于所有空客飛機(jī)的天線罩以及用于A340和A380的短艙進(jìn)氣道。
除了FlashTP機(jī)床之外，科里奧利AFP系統(tǒng)還在法國多個(gè)地點(diǎn)被用于TPC開發(fā)，包括達(dá)索航空，大合-索卡塔，STELIA航宇和復(fù)合材料技術(shù)平臺，以及在荷蘭航空航天中心和熱塑復(fù)合材料研究中心的TPC開發(fā)。復(fù)合材料技術(shù)平臺是一個(gè)復(fù)合材料和機(jī)器人技術(shù)研究中心，科里奧利公司與空客在這里演示了TPC機(jī)身零件，使用了科里奧利公司提供的大、強(qiáng)大的激光器（12 kW）。
在2017年巴黎航展上，STELIA航宇展出了TPC機(jī)身驗(yàn)證件，該驗(yàn)證件具有焊接的桁條和框，以及在AFP過程中集成到蒙皮的雷擊保護(hù)器件。機(jī)身是通過“弓形盒TP”項(xiàng)目（2015-2017年）在STEIA實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的，該項(xiàng)目是法國民航研究委員會（CORAC）組織的“投資未來” PIA、PIA2計(jì)劃的一部分。CORAC是“潔凈天空”2計(jì)劃WP2.3.2和WP2.3.3機(jī)身驗(yàn)證件項(xiàng)目的關(guān)鍵成員。“弓形盒TP”合作伙伴包括TPC和模壓成型專業(yè)公司AVIACOMP、感應(yīng)焊接技術(shù)的法國焊接學(xué)院組織、熱塑性材料專業(yè)公司SINTEX NP（在設(shè)計(jì)/仿真和包覆成型方面也很出色），以及提供了用于框和包覆成型檢修門的Pipreg碳纖維/聚醚酮酮預(yù)浸料的博舍。Cetim也是合作伙伴，生產(chǎn)模壓的桁條和/或框。
在另一項(xiàng)CORAC計(jì)劃中，大合設(shè)計(jì)并制造了其個(gè)熱塑性復(fù)合材料翼肋。它是為公務(wù)機(jī)量身定做的，在2018年作為“未來復(fù)合材料飛機(jī)”平臺的一部分并入試驗(yàn)翼盒。大合聲稱其技術(shù)使TPC零件比同等金屬零件輕35％，但同時(shí)指出這些零件可以與金屬或更傳統(tǒng)的熱固性復(fù)合材料零件互補(bǔ)。這符合“潔凈天空”2的目標(biāo)，即研究靈巧機(jī)身和混合材料的概念，包括傳統(tǒng)的碳纖維增強(qiáng)塑料、金屬、預(yù)浸料、紡織品（比如非熱壓罐樹脂注射干織物）和TPC。大合還生產(chǎn)了一種熱壓罐固化的碳纖維增強(qiáng)塑料翼梁，于2018年安裝在CORAC測試單元中。
二、荷蘭
TPC開發(fā)的重點(diǎn)包括：一個(gè)12m展長的扭矩盒，帶有用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的“智能片”，以及TAPAS1中的一個(gè)4m長的機(jī)身壁板。這兩種結(jié)構(gòu)都具有共固化的集成加強(qiáng)筋。
在TAPAS 2中，一個(gè)新的扭矩盒使用了與AFP蒙皮共固化的肋條加強(qiáng)筋，并且還提升了技術(shù)以使這種結(jié)構(gòu)用作油箱，例如當(dāng)今飛機(jī)上使用的“濕翼”。由吉凱恩航宇的福克事業(yè)部開發(fā)和生產(chǎn)的TAPAS 2機(jī)身驗(yàn)證件，采用對接正交網(wǎng)格技術(shù)的全焊接框，在2014年JEC展會所示。第三款TAPAS 2驗(yàn)證件由荷蘭航空航天中心生產(chǎn)，并在2017年JEC展會上展出——長6m、厚28mm的AFP厚碳纖維/聚醚醚酮發(fā)動機(jī)掛架上翼梁，不過在熱壓罐中進(jìn)行了固化。所有TAPAS驗(yàn)證件都使用兩個(gè)步驟的方法來實(shí)現(xiàn)固化的航空結(jié)構(gòu)。
三、西班牙（以及德國和奧地利）
在西班牙，復(fù)合材料研發(fā)應(yīng)用中心（FIDAMC）使用MTorres的AFP設(shè)備生產(chǎn)了多個(gè)機(jī)翼和機(jī)身驗(yàn)證件，所有這些都是一步法ISC，終在“潔凈天空”的非熱壓罐復(fù)合材料機(jī)翼項(xiàng)目中制造了4160 mm x 853 mm的集成加筋機(jī)翼壁板。它還生產(chǎn)了集成加筋的碳纖維/聚醚醚酮駕駛艙框和窗框，后者集成到“潔凈天空”下一代飛機(jī)機(jī)身WP2.3驗(yàn)證件中。
兩種不同的機(jī)身面板（一種是使用ISC生產(chǎn)的，另一種是使用AFP蒙皮經(jīng)熱壓罐固化到預(yù)先模壓的桁條上的），分別長1.5m、寬1m，帶有3個(gè)空心帽形桁條，孔隙率小于2％。FIDAMC現(xiàn)在正與德國航空航天中心和西班牙Aernnova開展“潔凈天空”2多功能機(jī)體驗(yàn)證件計(jì)劃。
原位制造的碳/熱塑性彎曲加筋壁板（INSCAPE）計(jì)劃是“潔凈天空”2的另一個(gè)TPC開發(fā)計(jì)劃。多功能機(jī)身驗(yàn)證件位于“潔凈天空”的高層級的飛行器創(chuàng)新飛機(jī)演示計(jì)劃（IADP）中，特別是大型客機(jī)IAPD。INSCAPE位于“潔凈天空”2大型系統(tǒng)創(chuàng)新的技術(shù)驗(yàn)證件（ITD）的下面，特別是機(jī)身ITD。此處完成的工作輸入大型客機(jī)IADP進(jìn)行試驗(yàn)。
INSCAPE由空客防務(wù)與太空公司、瑞典薩伯和達(dá)索航空共同領(lǐng)導(dǎo)。此處完成的工作代表了空客與FIDAMC在“潔凈天空”中合作的延續(xù)。INSCAPE由慕尼黑理工大學(xué)與FACC（與空客一起）共同協(xié)調(diào)，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)彎曲的、集成加筋的熱塑性復(fù)合材料零件，以及所需的成型模具和鋪放工具。熱塑性帶的鋪放設(shè)備供應(yīng)商AFPT也是輔助編程和制造的合作伙伴，葡萄牙工程科學(xué)與創(chuàng)新研究所負(fù)責(zé)測試。
空客提出了彎曲結(jié)構(gòu)，試圖證明其在加筋壁板上處理曲率和錐度的制造能力。在桁條-蒙皮安裝和采用激光加熱的一步法AFP原位固化工藝方面，INSCAPE的方法與FIDAMC的方法相似。INSCAPE對FIDAMC項(xiàng)目中用于半平直機(jī)翼壁板的龍門式安裝的AFP進(jìn)行補(bǔ)充，它通過更靈活的庫卡機(jī)械臂、不同的桁條制造工藝以及不同的材料供應(yīng)商和更快的鋪放速度來解決更高的曲率和錐度的問題。這種類型的結(jié)構(gòu)可用于發(fā)動機(jī)短艙、機(jī)身艙門或機(jī)身的尾錐部分，也可用于曲率較高的結(jié)構(gòu)，例如前緣、發(fā)動機(jī)掛架、襟翼或其他可移動部件。
四、意大利
TPC前緣不僅限于大型飛機(jī)。例如，萊昂納多直升機(jī)公司AW169輕型雙旋翼直升機(jī)擁有TPC水平尾翼，該尾翼具有碳/ 聚苯硫醚TPC前緣。它們具有較小的前半徑和超薄的肋（厚度小于1mm）TPC是客戶特別要求的，以在易受沖擊的區(qū)域提供韌性。這種韌性也使其成為飛行器機(jī)身等薄壁結(jié)構(gòu)的極佳選擇，可以以更輕的重量和新穎的設(shè)計(jì)特征來降低成本。
萊昂納多直升機(jī)公司和飛機(jī)公司繼續(xù)進(jìn)行熱塑性復(fù)合材料的開發(fā)，并將意大利帶入歐盟路線圖。萊昂納多還是“潔凈天空”2的參與者，他支持一些非常有趣的開發(fā)工作，這些工作可能會使ISC朝著不同的方向發(fā)展。
（航空工業(yè)發(fā)展中心 劉亞威）