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  NMA计划之所以重要,是因为它代表了即将到来的全新飞机设计理念,它有望像波音787、777X和空客A350一样,配备由先进碳纤维复合材料制成的主要结构。此外,不止是NMA,从更长远看,波音737和空客A320等单通道飞机有望被改进或替代,这两款机型目前都已经具备转化应用碳纤维复合材料部件的成熟条件, 假如波音和空客为单通道飞机建造和更换复合材料部件的速度能够与生产单通道飞机的速度相匹配——大约是每月100架,那么航空复合材料制造业有望迎来产能的巨大提升。如果两家公司在未来几年内宣布相关计划, 预计在2028~2030年左右,大面积应用复合材料单通道飞机可能正式投入运营。

  不过,737MAX的搁浅仍然带来了时间上的不确定性。波音有可能决定加速737系列飞机的替代升级计划, 比原计划更早地开展复合材料装机替代工作。这样的决定有可能也会促使空客提前作出升级A320系列的决定, 开发下一款全新的飞机。简而言之, 只要737MAX持续停产停运,整个航空制造业供应链的不确定性就会一直存在,航空复合材料供应链也将直接受到影响。但从长远看,无论事态如何发展,复合材料和相关制造技术仍然是未来10年航空制造业内一致看好并重点发展的方向。

  以色列Eviation 的Alice 是一款全复合材料、全电动9 座飞机。

  2、摆脱热压罐将是未来航空制造业提升效率的关键

  无论是NMA计划,还是未来单通道飞机更替,目前存在着尚未解决的实质性问题。首要的问题就是在未来新飞机中是否需要使用并且确定在哪些部位使用复合材料。对于双通道的NMA,考虑到波音787、777X和空客A350系列供应链和制造工艺流程已经非常成熟,几乎可以确定会大量应用复合材料。此外,与传统的铝合金结构相比,航空公司非常愿意接受耐用性更好、燃油经济性更佳、更易于维护的复合材料结构,这样的事实更加坚定了制造业在大型航空结构件中继续使用复合材料的决心。

  现有的材料和工艺组合,以热压罐固化的碳纤维/环氧树脂预浸料为主,主要通过自动纤维铺放/纤维带铺放(AFP/ATL)或手工完成铺设。不过,适用于波音787和空客A350的材料与工艺开发于本世纪初期,已经相对老旧。尽管如此,相对成熟并经过长期验证的材料与工艺组合,仍然比还在开发和认证中的新材料、新工艺更具优势。对于NMA来说,一方面, 由于有737MAX应用新技术不谨慎的前车之鉴,波音公司应该不希望投入资源开发过多的新材料和新工艺;另一方面,由于NMA的制造速度可能与波音787(12架/月)和空客A350(10架/月)类似,因此波音公司在开发和验证新材料工艺组合方面压力不小。所以,现有的成熟技术方案更有可能在NMA中胜出。那么既然大型结构件对碳纤维复合材料推崇备至, 具体使用哪种材料就成为业内需要解决的问题。

  不过,上述的推断很可能会受到单通道客机替代计划影响。波音和空客目前的单通道飞机737和A320仍然是航空制造业中最成熟的产品。如果选择大量使用复合材料生产这两种机型,那么以目前的热压罐固化技术, 实现以100架/月的速度为飞机制造复合材料结构及零部件,显然是不可行的。因此,开发新型单通道飞机几乎肯定会采用非热压罐的材料与工艺组合,进而大大缩短零部件的制造时间。

  过去的两年间,一些新技术已经脱颖而出,可以肯定的是它们将在下一代的飞机制造中广泛应用。这些技术将包括热塑性复合材料、树脂灌注成型和树脂传递模塑(RTM)等。波音和空客都通过各类研发计划开发和测试上述技术,力求将技术成熟度逐步提升,并计划最晚于2025年前实现商用部署。

  优步公司自行研制的eVLOT

  空客正通过联合多家公司以及开启一些备受瞩目的研究计划寻找航空制造业创新的解决方案,其中最引人注目的是“明日之翼”计划。该计划的目标是开发一种高生产率的商用飞机机翼结构制造方法,这种方法要比目前的机翼制造技术在所有可衡量的性能指标方面都实现成数量级的提升。该项目由GKN航宇公司、英国国家复合材料中心(NCC)、诺格公司、斯普利特航空系统公司和索尔维复合材料公司为核心共同推进。目前,该计划已经进入实施阶段,正在评估使用RTM制造机翼蒙皮、翼梁、翼肋和中央翼盒的效果。GKN在2019年巴黎航展中宣布已经为“明日之翼”计划生产了演示验证件,此后又在10月宣布交付缩比验证件制造工具。“明日之翼”计划的推出意味着在未来机翼制造过程中能够实现更好的自动化、更少的零件使用、更短的制造周期、更快的结构检测以及更快的工装速度。

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