歐盟未來熱塑性復材機體路線圖概覽
出于對綠色環保的執念，歐盟是對于熱塑性復合材料（TPC）的航空應用上心的地區，主要大國都在進行相關研究。在空客公司和各個級航空航天聯盟的支持下，歐盟制定了一系列TPC機體研發應用的路線圖，如荷蘭的“熱塑性經濟可承受性航空主結構聯盟”（TAPAS）1和2，法國民航研究委員會（CORAC）“投資未來”計劃，以及西班牙和意大利的計劃。這些計劃與更大范圍的泛歐盟合作相協調并融入其中，著名的是“潔凈天空”（2008-2016）和“潔凈天空”2（2017-2021）計劃，它們是歐盟委員會“地平線2020”計劃（2014-2021）的一部分。“潔凈天空”是特意組織的公私合作計劃，旨在讓多種復合材料和金屬技術的技術成熟度等級到達6，并終為飛機生產所選用，這些計劃涉及了歐洲幾乎所有主要的飛機結構供應商。
這些計劃以越來越大的尺寸和復雜性演示了共固化的TPC蒙皮-桁架結構，并且正逐步推廣到“潔凈天空”2計劃中下一代飛機機身的全尺寸機身驗證件，包括多功能機身驗證件（WP2.1）、全尺寸下機身（WP2.3.2）和全尺寸“典型”中后機身（WP2.3.3）。其中，多功能機身驗證件（長8m，直徑2m）特別引人注目，2020年，不對稱的半桶形機身設計正在使用熱塑性復合材料制造。其目標是將座艙、貨艙和飛機系統與機身集成在一起，以減輕重量和制造成本，同時增加乘客和貨物的空間。
多功能機身驗證件
總體而言，法國和荷蘭的TPC開發采用了兩步法，西班牙則偏愛一步法原位固結（ISC），而意大利正在嘗試向ISC轉換。
一、法國
科里奧利復合材料公司一直是TPC技術開發的主要合作伙伴，它與空客合作，通過FlashTP機床將機器人自動絲束鋪放（AFP）開發為工業解決方案。與熱固性預浸料技術相比，它驗證了熱塑性的材料和工藝性能，并確認了科里奧利等的關鍵開發成果。FlashTP安裝在技術營地EMC2中，這是一個由空客和卡諾實驗室Cetim等聯合創建的研究和技術轉讓中心，位于空客南特工廠附近。該工廠在復合材料領域處于，生產A340龍骨梁、A380翼盒（50％為復合材料）、適用于所有空客飛機的天線罩以及用于A340和A380的短艙進氣道。
除了FlashTP機床之外，科里奧利AFP系統還在法國多個地點被用于TPC開發，包括達索航空，大合-索卡塔，STELIA航宇和復合材料技術平臺，以及在荷蘭航空航天中心和熱塑復合材料研究中心的TPC開發。復合材料技術平臺是一個復合材料和機器人技術研究中心，科里奧利公司與空客在這里演示了TPC機身零件，使用了科里奧利公司提供的大、強大的激光器（12 kW）。
在2017年巴黎航展上，STELIA航宇展出了TPC機身驗證件，該驗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器件。機身是通過“弓形盒TP”項目（2015-2017年）在STEIA實驗室研發的，該項目是法國民航研究委員會（CORAC）組織的“投資未來” PIA、PIA2計劃的一部分。CORAC是“潔凈天空”2計劃WP2.3.2和WP2.3.3機身驗證件項目的關鍵成員。“弓形盒TP”合作伙伴包括TPC和模壓成型專業公司AVIACOMP、感應焊接技術的法國焊接學院組織、熱塑性材料專業公司SINTEX NP（在設計/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/聚醚酮酮預浸料的博舍。Cetim也是合作伙伴，生產模壓的桁條和/或框。
在另一項CORAC計劃中，大合設計并制造了其個熱塑性復合材料翼肋。它是為公務機量身定做的，在2018年作為“未來復合材料飛機”平臺的一部分并入試驗翼盒。大合聲稱其技術使TPC零件比同等金屬零件輕35％，但同時指出這些零件可以與金屬或更傳統的熱固性復合材料零件互補。這符合“潔凈天空”2的目標，即研究靈巧機身和混合材料的概念，包括傳統的碳纖維增強塑料、金屬、預浸料、紡織品（比如非熱壓罐樹脂注射干織物）和TPC。大合還生產了一種熱壓罐固化的碳纖維增強塑料翼梁，于2018年安裝在CORAC測試單元中。
二、荷蘭
TPC開發的重點包括：一個12m展長的扭矩盒，帶有用于結構健康監測的“智能片”，以及TAPAS1中的一個4m長的機身壁板。這兩種結構都具有共固化的集成加強筋。
在TAPAS 2中，一個新的扭矩盒使用了與AFP蒙皮共固化的肋條加強筋，并且還提升了技術以使這種結構用作油箱，例如當今飛機上使用的“濕翼”。由吉凱恩航宇的?？耸聵I部開發和生產的TAPAS 2機身驗證件，采用對接正交網格技術的全焊接框，在2014年JEC展會所示。第三款TAPAS 2驗證件由荷蘭航空航天中心生產，并在2017年JEC展會上展出——長6m、厚28mm的AFP厚碳纖維/聚醚醚酮發動機掛架上翼梁，不過在熱壓罐中進行了固化。所有TAPAS驗證件都使用兩個步驟的方法來實現固化的航空結構。
三、西班牙（以及德國和奧地利）
在西班牙，復合材料研發應用中心（FIDAMC）使用MTorres的AFP設備生產了多個機翼和機身驗證件，所有這些都是一步法ISC，終在“潔凈天空”的非熱壓罐復合材料機翼項目中制造了4160 mm x 853 mm的集成加筋機翼壁板。它還生產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”下一代飛機機身WP2.3驗證件中。
兩種不同的機身面板（一種是使用ISC生產的，另一種是使用AFP蒙皮經熱壓罐固化到預先模壓的桁條上的），分別長1.5m、寬1m，帶有3個空心帽形桁條，孔隙率小于2％。FIDAMC現在正與德國航空航天中心和西班牙Aernnova開展“潔凈天空”2多功能機體驗證件計劃。
原位制造的碳/熱塑性彎曲加筋壁板（INSCAPE）計劃是“潔凈天空”2的另一個TPC開發計劃。多功能機身驗證件位于“潔凈天空”的高層級的飛行器創新飛機演示計劃（IADP）中，特別是大型客機IAPD。INSCAPE位于“潔凈天空”2大型系統創新的技術驗證件（ITD）的下面，特別是機身ITD。此處完成的工作輸入大型客機IADP進行試驗。
INSCAPE由空客防務與太空公司、瑞典薩伯和達索航空共同領導。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。INSCAPE由慕尼黑理工大學與FACC（與空客一起）共同協調，負責設計彎曲的、集成加筋的熱塑性復合材料零件，以及所需的成型模具和鋪放工具。熱塑性帶的鋪放設備供應商AFPT也是輔助編程和制造的合作伙伴，葡萄牙工程科學與創新研究所負責測試。
空客提出了彎曲結構，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項目中用于半平直機翼壁板的龍門式安裝的AFP進行補充，它通過更靈活的庫卡機械臂、不同的桁條制造工藝以及不同的材料供應商和更快的鋪放速度來解決更高的曲率和錐度的問題。這種類型的結構可用于發動機短艙、機身艙門或機身的尾錐部分，也可用于曲率較高的結構，例如前緣、發動機掛架、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。例如，萊昂納多直升機公司AW169輕型雙旋翼直升機擁有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，以在易受沖擊的區域提供韌性。這種韌性也使其成為飛行器機身等薄壁結構的極佳選擇，可以以更輕的重量和新穎的設計特征來降低成本。
萊昂納多直升機公司和飛機公司繼續進行熱塑性復合材料的開發，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工作，這些工作可能會使ISC朝著不同的方向發展。
（航空工業發展中心 劉亞威）
