今年3月份，美国航空航天局（NASA）宣布，已向14个研究团队提供了总金额5000万美元的合同，开展高速率复合材料飞机制造技术研发，攻关高生产效率的飞机复合材料结构先进制造工艺。综合美英近期航空领域复合材料制造技术发展情况，高速、低成本制造技术已成为核心关切。
1、航空复合材料高速制造技术发展需求
未来民机市场规模很大，对生产效率提出更高要求
美国波音公司预测，2022－2041年全球新增客机需求量超过4.1万架，其中窄体客机月均需求量约129架（20年共计3.088万架），宽体客机月均需求量约30架（20年共计7230架）。随着疫情结束市场回暖，航空公司对新飞机交付需求格外强烈，订单呈爆发式增涨。目前主要应用金属材料的波音B737等窄体客机，每月产能极限约为60架；波音B787、空客A350是复合材料密集型宽体客机，产能仅为每月10～14架。如未来客机进一步加大复合材料用量，若产能不能提升，将难以满足市场需求。
复合材料部件制造是当前提升民机产能面临的一个关键瓶颈
B787和A350的复合材料用量按重量计已达50%，表明先进复合材料及其制造技术成为民机产业发展的关键支撑技术之一。但目前复合材料部件生产效率低、生产周期长、制造成本高，基于现有复合材料制造体系实现产能提升难度较大。此外，相关专业人才匮乏、专业设备难以调整、采购成本居高不下，阻碍了复合材料供应链效率提升。对复合材料供应商来说，发展高速、低成本复合材料制造能力势在必行。
2、美英设立重点项目开发航空复合材料高速制造技术
航空行业对先进复合材料制造和应用的迫切需求，促使美英等国提前布局，设立重点研发项目，推进高速低成本航空复合材料制造技术开发。经梳理分析，最主要的项目包括美国高速率复合材料飞机制造（HiCAM）及英国明日之翼（WOT）、航空航天与汽车供应链联合发展（ASCEND）等。
美国高速率复合材料飞机制造项目
美国航空航天局于2021年推出高速率复合材料飞机制造项目，聚焦大型复合材料结构，旨在提高飞机复合材料结构制造效率，降低供应链成本，同时节省飞机燃料并降低碳排放。为全面实现高速、低成本制造目标，该项目聚焦下一代热固性、热塑性复合材料和液体成型工艺，同时针对航空复合材料部件的制造、装配和质检三个环节进行增效技术攻关。具体实施路径是：发展新材料以缩短传统高温热压罐固化时间，或直接选用满足非热压罐工艺的复合材料；减少零部件数量从而缩短装配时间，为此重点发展无需紧固件组装即可直接成型的大型复合材料部件；将目前质检中比较耗时的人工工序自动化，同步完善工业化制造流程。
高速率复合材料飞机制造项目主要面向美国先进复合材料联盟中的飞机制造商、设备与软件开发商、材料供应商、相关大学及科研机构等实施，美国航空航天局将为该项目直接投资1.84亿美元，项目参与者需匹配投资1.36亿美元，总经费达3.2亿美元。该项目为期6年，首先针对B787客机、B777X等飞机机身，完成生产成本和部件重量的系统级评估；然后确定目标，制造复合材料全尺寸部件；最终逐步实现工业化生产。
项目已于2022年年初确定目标结构件，计划2023年年底完成结构件演示，技术成熟度和制造成熟度均达到4级；2024年确定全尺寸机身部件，2026年年底完成机身部件演示验证，技术成熟度和制造成熟度达到6级。到2027年，工业化生产的机身部件需满足适航要求，材料至少达到技术成熟度和制造成熟度6级，其他基于模型的系统工程工具在项目验收时应达到6级技术成熟度。当该项目完成时，复合材料部件生产率应能支撑每月生产80架飞机的生产要求，组件净成本需降低50%、减重需超过2%，其他涉及材料和工程的技术指标应在误差范围内。
英国“明日之翼”和航空航天与汽车供应链联合发展项目
“明日之翼”项目
该项目于2016年启动，主要瞄准新型机翼概念的设计、制造和产业化，通过改进部件制造工艺、开发自动化程度更高的新装配方法以及采用模块化方式完成机翼及其内部系统的集成，提高A320系列飞机的月产量。项目的总体目标是减少工艺步骤、人工成本和零件数量。传统上由单个金属部件组装而成的结构将作为集成单元制造，以简化机翼组装并减少紧固件使用；同时，降低机翼内部结构复杂性，并在机翼最终装配前尽可能地集成设备。
目前项目已接近尾声，在提高复合材料制造效率方面取得了显著成效。2023年1月，英国国家复合材料中心领导的项目团队展示了其在项目中设计开发的超高速复合材料铺放系统，有望提供超350千克每小时的干纤维沉积率，与当前传统自动铺丝系统的50千克每小时相比，效率提高6倍；铺放速率可从0.05米每秒增至0.5米每秒，提高9倍。这标志着英国复合材料部件制造技术取得重大突破，将有力支撑大量应用复合材料的产品和装备产能提升。
航空航天与汽车供应链联合发展项目
该项目于2021年启动，英国政府投资近4000万英镑，目标是在英国境内建立航空航天与汽车行业可共用的复合材料产品和供应链。该项目通过综合汽车行业的高速生产制造能力和航空航天领域产品的高性能、高质量等优势，在先进复合材料领域开启航空航天与高端汽车制造业供应链合作。项目覆盖从设计到检验的全生产流程，共包含五个主题：轻量化设计工具、未来材料体系、高速自动化、电气化与多功能化和集成混合结构。同时，提高复合材料回收价值是隐藏在这五个主题背后的一个潜在目标，最终目的是实现净零排放。该项目的主要特点是结合航空航天和汽车行业的优势，利用汽车行业生产准则优化设计和制造流程，验证高速制造航空航天结构部件的能力。
该项目现已执行过半，英国复合材料产业链在吉凯恩航宇公司与汽车行业的迈凯伦公司两大行业巨头的带领下，围绕飞机中常用的帆片式翼梢小翼和汽车后地板结构等开展了具体合作，取得了积极成效。通过演示验证件，航空航天工业利用汽车领域的大规模高速制造技术，已成功将帆片式翼梢小翼关键制造工艺的时间缩短至原来的一半；汽车行业也成功实现了先进航空航天复合材料及制造技术的应用。由此，该项目已初步验证了相关高速、低成本先进复合材料制造技术的可行性。
3、启示建议
高性能复合材料，特别是航空航天主用的碳纤维复合材料，是重要战略基础材料。美英着力开发航空复合材料高速制造技术，有望大幅释放复合材料制造潜能，提升民机生产效率，同步提升其他产品的产能。鉴此，结合国内需求与情况，提出三点建议：一是继续国产航空级复合材料的创新研发并不断扩大应用；二是关注高速低成本复合材料制造技术，打造国内生态系统；三是加强跨行业通用技术合作开发及推广应用，实现融合发展。（来源：中国航空工业发展研究中心）
－－－－－－
相关文章推荐：
面对新一轮环保革命 | Synolite新丽材低苯乙烯树脂为您保驾护航
中国巨石如何成为全球玻纤行业领军企业？探寻其高质量发展动力之源
剑在手，问天下谁是英雄！--FRP渔船制造 真空树脂导入成型 手糊成型工艺PK
无蜡垢更好用！玻璃钢专用脱模蜡——美国Stoner蜜蜡250脱模蜡，您值得拥有！
还在为车间气味、粉尘、废料处理等问题发愁吗？新型VPI硅胶真空成型工艺为您轻松搞定
几度风雨几度春秋，风霜雪雨搏激流——中国渔船玻璃钢化是必然发展趋势！
打印
