2021年初開始了COVID-19疫苗的分發，這似乎已經拉開冠狀病毒大流行結束的序幕。但是，一些其他不確定如疫苗抗性、COVID變體、疫苗分布不均等使得COVID-19撤退成一系列從城市到城市、州到州、地區到地區和到不同的高峰和低谷。所有這些加在一起表明，即使新冠病毒現在在總體上得到了更好的管理和控制，未來它對公共衛生仍將是一個無限期的挑戰。

　　
然而，疫苗的供應已經讓許多人恢復了對航空旅行的信心。客運航空旅行在 2021 年春夏開始復蘇，主要是休閑旅行。隨著 2021 年夏中至夏末的 delta 變體的傳播，商業交通受到了適度抑制。然而，隨著這種變體的消退，越來越多的乘客返回，包括夢寐以求的商務旅客。事實上，在整個 2021 年，美國運輸安全管理局 (TSA) 的旅客吞吐量數據顯示旅客人數穩步增加。下表顯示了與 2019 年大流行前數據相比的 2021 年 TSA 吞吐量數字。2021 年初，旅客吞吐量始終不到 2019 年的一半。到夏季和初秋，這個差距顯著縮??；到 2021 年 10 月，每日平均數據為2019年數值的80%。

 

航空航天行業分析師長期以來一直預測，由單通道 (SA) 和支線飛機服務的國內航線將先從 COVID-19 蕭條中恢復過來，然后在 12-24 個月后由雙通道飛機服務的長途/國際航線逐漸恢復。這一預測似乎正在所有地區實現。這對空中客車 A320 和波音 737 等 SA 飛機來說是個好消息。事實證明，空中客車 A350 和波音 787 等大型 TA 飛機（這兩種飛機都是上復合材料密集的商用飛機）通常為國際旅客提供服務，但事實證明它們恢復服務的速度較慢。

　　
航空航天分析師TealGroup Corp.在2021年8月的商業和國防航空航天評估中稱，航空市場將持續走向單一通道飛機，這對供應商和噴氣客機融資產生深遠的影響。這種轉變可能會對B787和A350計劃產生何種影響尚待觀察，但至少存在持續增長的TA飛機需求的不確定性。波音 747 和空客 A380 等大型 TA 已退出市場，787 和 A350 似乎是不錯的替代品，但 COVID-19 帶來的巨大變化已經動搖了人們對飛機使用的信心，傳統的假設很難依賴。

　　
無論TAs的長期命運如何，國際旅行都有望回歸，并且需要大容量、長途飛機。TEAL集團的報告顯示，在2021年底和2022年初，TA交付量略有上升（下圖），到了2024年初交付量持平，然后到 2024 年和 2025 年略有增加。簡言之，目前的TA庫存加上穩定的新產量，預計足以滿足需求。另一方面，SAs的交付量預計將在2023年超過2018年的峰值，并在2025年達到125架/月。

　　TEAL集團 2021 年飛機交付量預測

空客vs波音

　　在新冠疫情大流行期間，空客和波音在流感大流行前出現的波動狀態一直持續，并且在某些方面變得更加不同。波音737 MAX在兩次墜機后于流感大流行前停飛，并于2020年11月重新投入使用，這使得波音公司得以開始交付大量累積飛機的漫長過程。波音737是賺錢的飛機，因此它的回歸為公司提供了急需的現金。

　　然而，與此同時，在2020年末，復合材料密集型波音787被發現在某些機身筒體部分的零件之間存在墊片尺寸不當。機身和墊片由碳纖維復合材料制成；墊片是填補一個機身部分與另一個機身部分鄰接的間隙所必需的。該墊片問題已得到糾正，但在評估該問題時，波音公司發現了一些內部機身蒙皮（也是復合材料）表面平整度的一個不相關問題。截至2021年10月下旬，波音公司仍在開發解決美國FAA監管機構扁平度問題的解決方案。

　　墊片問題和表面平整度問題都不被視為對飛機結構健康或性能的威脅，但在737飛機墜毀后，該公司和聯邦航空局在謹慎方面犯了錯誤。因此，所有從位于美國南卡羅來納州北查爾斯頓的總裝線上生產出來的新787飛機仍然無法交付。COVID 導致對 787 的需求下降，使得此次交付暫停的時機不像其他方式那樣具有影響力，但波音公司當然希望解決這個問題，并準備在需求恢復后盡快交付 787。

　　就空客而言，如果不擴大的話，它保持了與波音相比的巨大競爭優勢?？湛偷娘w機組合為其提供了滿足任何航空公司需求的產品選擇，從小型SA（150座A220）到長途TA（400座A350-1000）。介于兩者之間的是空客賺錢和成功的飛機，單通道A320，現在包括A321XLR，這是一種可容納244名乘客的遠程（4700海里）單通道飛機。在2019年巴黎航空展上推出的A321XLR預計將于2023年投入使用。

 

波音公司沒有一架能與空客A321XLR競爭的飛機。在新冠疫情大流行之前，波音公司在圖紙上畫了一架名為NMA（新中型飛機）的新飛機，這是一架雙通道、200-270座、4000-5000海里的飛機，可以在波音公司的737 MAX 10和787-8系列之間飛行。據推測，這樣一架飛機將大量使用復合材料。然而，終波音無法讓市場相信 NMA 是必要的，而且該公司有大量資源致力于讓 737 MAX 重新復飛。

　　
波音面臨的第三個挑戰是777X，它是非常成功的777的繼任者。777X是一款可容納426名乘客、航程為7285海里的TA，2013年發布時意義重大，但由于TA市場的前景尚不明朗，波音將如何部署777X還有待觀察。777X原本應該在2021得到認證，但發動機問題和疫情影響將其推遲到 2023 年。從復合材料的角度來看，777X是值得關注的，因為它具有航空航天行業大的碳纖維復合材料機翼，跨度71.8米。機翼由波音公司在其位于華盛頓州埃弗雷特的復合材料機翼中心制造，并在直徑8.5米、長37米的大型ASC工藝系統高壓釜中固化。

　　
復合材料在商用飛機上的應用前景

　　
B787和A350中使用的復合材料占每架飛機的50%以上（按重量計），是復合材料在主要結構中應用的里程碑。然而，對這些飛機的需求不足抑制了對用于制造飛機的復合材料包括纖維、樹脂、粘合劑等的需求。此外，由于航空航天復合材料的供應鏈相對較小，人們敏銳地感受到需求的這種變化。通過這種方式，這種疫情影響對服務于航空復合材料行業的材料供應商和制造商來說尤其具有挑戰性。

　　
盡管如此，即使在疫情流行之前，波音和空客就通過其供應鏈發出了關于下一代飛機——特別是下一代SA飛機——的材料和工藝（M&P）需求的強烈信號。假設兩家公司都有可能在2025-2030年的某個時間宣布一架全新SA飛機。這兩家飛機的新SA可能會以目前737或A320上未采用的方式使用復合材料。這將包括復合材料機翼、復合材料尾翼和復合材料機身。此外，兩家公司都預測新SA的制造率為每月60-100。所有這些都意味著，用于制造787和A350結構的M&P（高壓釜固化預浸料）可能不足以滿足SA率要求。因此，整個航空供應鏈都在追求能夠滿足這些需求的高度自動化、高效、非高壓釜（OOA）技術。

　　
這場大流行可能推遲了新SA開發的時間，但它并沒有改變空客或波音公司對清潔SA的基本M&P要求。特別是空中客車公司，已經向其供應商表明需要加速提高復合材料技術的成熟度，使其為高速飛機生產做好準備。航空航天工業充斥著高質量的材料，這些材料已經使用了幾十年。飛機制造商很容易繼續使用這些材料，除非其中許多材料需要高壓釜固化。從高壓釜中取出并使用液體樹脂灌注、樹脂傳遞模塑（RTM）、壓縮模塑或熱塑性復合材料需要對材料進行一定程度的鑒定，鑒定是一個耗時、昂貴的過程。然而，如果機身的終回報是高效、經濟的高質量結構，則可以也將追求資格認證。

　　
這種努力在航空復合材料行業的一些項目中為明顯。引人注目的項目是空客的明天之翼（WOT）項目，該項目由一級合作伙伴組成，旨在開發OOA復合材料M&P技術，用于制造SA尺寸飛機的機翼。在WOT的合作伙伴包括Spirit AeroSystems（灌注下機翼蒙皮， 美國堪薩斯州威奇托）、GKN Aerospace（英國雷迪奇，spar、ribs）、Daher（spar、ribs，法國巴黎）、FACC（襟翼，Ried im Innkreis , 奧地利）和空客本身（上機翼蒙皮）。空客公司于2021年9月22宣布組裝了個WOT原型?？偣矊⒅圃烊齻€全尺寸原型機翼。個將用于了解系統集成，第二個將進行結構測試以與計算機模型進行比較，第三個將組裝以測試擴大生產并與工業模型進行比較。

　　
明日之翼計劃的個全尺寸機翼原型

　　
值得注意的是，WOT正在評估加強肋中的熱塑性復合材料。這一點很重要，因為即使在787和A350中，肋骨也是鋁的，向復合材料的轉變將是一個重要的里程碑。兩個一級航空航天制造商開發了用于肋骨制造的復合材料M&P。總部設在英國的GKN宇航公司使用Solvay復合材料公司的碳纖維/ PEKK UD帶通過壓縮成型工藝加工14個肋。總部位于法國的Daher使用類似的工藝開發了五個演示肋骨，選用了東麗先進復合材料的碳纖維/PAEK UD膠帶。

　　
Daher還使用真空袋（VBO）OOA熱固性材料——美國HexcelM56 350°F固化OOA環氧樹脂——為WOT制造了一個2米長的內翼梁結構，該材料包括Hexcel AS4碳纖維織物和IM7 碳纖維單向帶。用于制造翼梁的制造過程是使用科里奧利復合材料（法國）系統的自動纖維鋪放（AFP），該系統將材料應用于陽模。

　　
為航空結構開發復合材料M&P的另一個值得注意的努力是Clean Sky 2，這是一個歐盟項目，針對使用復合材料和非復合材料的各種飛機零件和系統的技術。Clean Sky 2中著名的復合材料相關項目的目標是在機身結構中使用熱塑性塑料、熱塑性塑料焊接、機翼箱灌注、3D打印、熱褶皺成型等。

　　
即使航空航天行業專注于高速航空結構制造，一些飛機類型——公務機、通勤飛機——將以較低的產量制造，并可能從更有效地使用復合材料中獲益。這是名為OPTICOMS的清潔天空項目的重點，該項目由以色列航空航天工業（IAI，Lod）牽頭，包括科里奧利、Techni Modul Engineering（TME，法國）和Danobat（Elgoibar，西班牙）在內。OPTICOMS是一個由多個部分組成的項目，旨在進行一系列非常詳細的權衡研究，以評估和確定佳機翼設計、材料組合和OOA制造工藝，從而實現小批量全復合材料機翼箱的自動化制造。

　　
氫動力飛機在路上

　　2020年6月，當法國耗資170億美元的大流行救濟計劃與清潔天空2號（Clean Sky 2）發布的“氫動力航空”報告中的目標掛鉤時，發展氫動力商用飛機的前景突然變得緊迫起來。法航還表示，到2024年，國內航班的二氧化碳排放量將減少一半。然后，在2020年7月，空客席執行官Guillaume Faury在接受《航空周刊》（Aviation Week）采訪時承諾在2035年前推出款脫碳飛機EIS；他預測項目將于2027-28年啟動，必要技術將于2025年成熟。

　　2020年9月，空中客車公司宣布啟動其ZEROe計劃，該計劃由三種飛機概念組成，每種飛機均由氫氣驅動：

　　渦輪風扇設計（120-200名乘客），航程超過2000海里，能夠跨洲運行，由改進的燃氣輪機發動機通過燃燒以氫氣為動力，而不是噴氣燃料。液氫將通過位于后壓力隔板后面的儲罐進行儲存和分配。

　　渦輪螺旋槳設計（多100名乘客），使用渦輪螺旋槳發動機代替渦扇發動機，并通過改進型燃氣渦輪發動機中的氫燃燒提供動力，可行駛1000海里以上，是短途旅行的理想選擇。

　　“混合翼身”設計（多200名乘客）概念，其中機翼與飛機主體融合，范圍與渦扇概念相似。超寬的機身為儲氫和分配以及客艙布局提供了多種選擇。

　　2021年4月，空中客車公司宣布其ASCEND項目來展示結合液氫和超導技術的電動或混合電力推進系統。該公司表示，空中客車子公司UpNext（德國奧托布倫）將建造一個地面演示器，目標是與傳統技術相比，動力總成重量和電氣損耗至少減少50%，同時效率提高5-6%。超導技術的使用帶來的挑戰是保持氫的液態需要低溫。ASCEND演示車將配備一個動力系統，包括低溫冷卻系統、超導電機、低溫冷卻電機控制單元和超導配電系統，包括電纜和保護機構。

　　隨著氫燃料推進技術的發展，一個大問題是復合材料將在儲存和輸送氫氣中扮演什么角色，無論氫氣是氣態還是液態。設計用于儲存氫氣的復合材料壓力容器屬于IV類，包括一個用碳纖維包裹的熱塑性內襯。IV型碳纖維容器具有高強度和輕重量，但根據所用纖維的類型，其價格往往比金屬替代品更高。碳纖維在冷凍罐中的應用更為有限，預計研發工作將集中在這一應用上。

　　Universal Hydrogen 使用氫燃料電池推進系統改裝飛機

　　位于儲氫領域前沿的一家公司是Universal Hydrogen環球氫氣公司（美國加利福尼亞州洛杉磯市），該公司正在開發用于商用飛機的干碳纖維包覆儲氫模塊。環球公司在7月份宣布，它已與冰島航空集團、Air Nostrum 和 Ravn Alaska簽署意向書（LOI），用氫燃料電池推進系統改裝超過15架ATR 72和德哈維蘭加拿大Dash 8區域渦輪螺旋槳發動機。10月，環球公司表示已獲得資金，幫助其于2022年在美國華盛頓州摩西湖（Moses Lake）進行氫燃料電池動力總成在一架40多人的支線客機上的次試飛。

　　
城市空中交通

　　城市空中交通（UAM），有時被稱為高級空中交通（AAM），正在不斷發展和成熟。UAM飛機是小型2-6人旋翼飛機或電池供電的飛機，能夠垂直起飛和著陸，可由駕駛員駕駛或自動駕駛，設計用于城際或城內運送乘客或貨物，作為點對點空中出租車服務。UAM被定位為一種經濟、方便、簡單的方式，可以繞過交通堵塞，交通堵塞已成為在大城市區域內和周圍行駛的標志。

　　目前有100多家公司致力于開發用于空中出租車或貨運服務的UAM飛機，但只有少數公司獲得足夠的資金來生產飛行原型或示威者。他們包括但不限于：Archer（Calif.，美國）、  Beta Technologies（南伯靈頓，VT，美國），EHang（廣州，）、Jobe航空公司（圣克魯斯，Calif.，美國），現代（爾，韓國）、Lilium （慕尼黑，德國）、Pipistrel（Ajdov，斯洛文尼亞）、Vertical Aerospace（布里斯托爾，英國）、Volocopter（德國）和Wisk（美國加利福尼亞州山景城）。

　　艘UAM飛機預計快將于2023年在幾個城市投入使用，隨后將逐步擴展至2025-2026年。然而，到2025-2030年，UAM 的增長預計將大幅增加。就單位而言，該市場的規模尚未完全合理化，但一些分析師預測，到2035年，每年將有10000家。

　　雖然從技術上講，這些數量可能不像汽車，但UAM預期類型的數量代表了航空航天復合材料行業前所未有的階躍變化，在航空航天復合材料行業，即使是每年 1,000 套主要航空結構也被視為高數量。因此，復合材料行業預計將出現更高效、更一致、自動化、成本效益更高的航空結構制造的范式轉換需求。復合材料制造業的這種“工業化”被認為是該行業全面成熟的必要條件，但由于缺乏強大的市場驅動力，使得其更具概念性而非現實性。然而，在UAM，復合材料行業現在有了一個承諾實現工業化的驅動力。

　　所有 UAM 飛機制造商都必須在其設計中使用復合材料，但鑒于每個制造商仍處于原型設計或演示階段，M&P 專注于使用合格技術，包括手糊和高壓釜固化。只要每年的數量達到數百，這就足夠了。但隨著市場的增長和年產量的增加，必須開發其他技術。OOA M&P，包括熱塑性塑料，幾乎肯定會為這個領域開發。

　　復合材料行業需要什么才能有效地為UAM服務？Misha Pollack曾擔任Uber的車輛設計和結構負責人，現任科利爾研究公司（Collier Research）的創新總監。她在CAMX 2020演講中表示，到2035年，UAM每年將需要多達4500噸的高模量高強度碳纖維，通過自動膠帶和纖維鋪設提高自動化程度，壓縮和拉擠工藝的擴展使用、纖維增材制造的戰略性使用、自動粘合和焊接、實時在線檢測、少量或無浪費、低能耗材料的增加使用、回收材料的大量使用和可持續能源的應用，材料和工藝策略。Joby Aviation在其公告中也發表了類似的聲明。

　　復合材料供應鏈顯然正在關注UAM市場。在整個 2021 年，一些纖維、樹脂和預浸料供應商已顯著轉向 UAM，特別是在商業航空航天需求因 COVID-19 而下降的情況下。UAM 有望在未來幾年甚至幾十年成為復合材料 M&P 創新和發展的主要驅動力。（作者錢鑫博士)