新技術和新材料正在加速對飛機結構生産的重新思考。
它被懸挂在分散的元件夾具之間，在飛機裝配線上不會引起第二眼的注意。然而，在德國北部的一個匿名機庫裡，一個亞光黑色的機身部分—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号”是一個雄心勃勃、得到歐盟支援的公私合作項目，其總體目标是根據《歐洲綠色協定》将飛機二氧化碳、氮氧化物和噪音排放量減少30%。該協定的既定目标是到2050年使歐盟實作氣候中和。
該黑色筒體于2014年開始研制，屬于“清潔天空2号”的子項目—多功能機身示範器（MFFD-Multifunctional Fuselage Demonstrator）。它長8米，寬4米，主要由熱塑性複合材料制成。通過研究這些聚合物作為結構材料的可行性，MFFD有效地成為了加速飛機生産的跳闆，進而提高了歐洲航空航天的競争力。
機身更輕、更快
機身不僅僅容納乘客和貨物。它還攜帶重要的電氣、機械、氣動和液壓系統。機身完成後安裝系統會增加生産成本和時間。系統也很重。更輕、更容易生産的熱塑複材機身有助于抵消這些不利因素。
熱塑性複材可以實作這一點，主要是因為不再需要将傳統金屬機身零件連接配接在一起的大量的緊固件，或者所需的數量要少得多。
熱塑性複材全稱為碳纖維增強熱塑性聚合物複合材料（CFRTP，确實有點拗口），可在高溫下成型。然後冷卻固化。如果典型的機身段與客艙和貨艙零件巧妙地結合在一起，它們的引入可能會導緻每架飛機的結構性重量節省超過10％。
CFRTP複合材料還提供了一個更直接的優勢：它們比金屬或碳纖維部件更容易重複使用和回收。
預裝子產品
回到我們的庫房。MFFD由兩個半圓柱殼或子產品組成，它們構成了機身筒體。下部子產品預先配備了系統和布線；上面有一些座艙标志。
在純生産方面，熱塑性複材使這些子產品能夠使用新的方法進行組裝，每種方法都在MFFD上進行測試。例如，它的外殼是通過自動超音波或雷射點焊連接配接的，而不是鉚接在一起。這為裝配勞工創造了一個相對無塵的環境。然後通過自動傳導焊接将下機身模型的地闆固定到位。
到2024年底該項目結束時，MFFD實際上已經超過了其減重目标，與金屬機身筒體相比，其成本是中性的。40多種技術“專項”已經過高水準的測試，從小型微觀力學（複合材料行為的研究）到新型夾具、工具，以及如上所述的先進焊接技術。
MFFD的颠覆性方法可以使CFRTP複合材料機身的制造速度達到每月100架，這是未來單通道飛機的目标速率。除了經濟效益外，新型機身的先進架構、更低的重量和更高的制造速率将有助于降低生命周期排放，符合“清潔天空2号”的目标。
歐洲的成功故事
自完成以來，該示範器一直居住在漢堡的ZAL應用航空研究中心。它實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城市都有廣泛很多的設施。
MFFD的創新是一個完全歐洲的成功故事。空中客車是組成該财團的13個主要合作夥伴之一，其中包括薩博、GKN福克、德國航空航天實驗室DLR、代爾夫特理工大學以及一個分包商。
“如果學術界、研究中心和行業參與者圍繞一個共同目标團結一緻，MFFD就是一個很好的例子，”空中客車公司“清潔天空2号”大型客機平台負責人York Roth說。“僅靠一個玩家永遠無法傳遞如此複雜的大型示範機身筒體。”
原文，《Fantastic thermoplastics 》 2024.10.15
楊超凡 2024.10.16