據英國《飛行國際》2019年6月7日刊文,空客公司将于6月開始組裝 “明日之翼”技術演示計劃下的第一個結構件,旨在為下一代單通道飛機開發複合機翼研制概念。在2020年完成三個全尺寸演示件的試驗和組裝之前,這件5米長的部件是一個初步的試驗品。全尺寸演示件将在新建的技術研究中心進行試驗,該中心緊鄰空客位于英國布勞頓弗林特郡的機翼廠。
盡管空客公司尚未推出A320系列飛機的替代産品,但公司似乎熱衷于在未來的單通道飛機上使用碳纖維機翼。4月,“明日之翼”計劃負責人表示,該計劃的目标是實現機翼主要結構由碳纖維構成,而單個部件可能由先進的金屬或熱塑性複合材料制成。
在新一代飛機(如A350或波音787)上改用碳纖維結構,使機身能夠通過更長、更薄的機翼來提高氣動效率,而不會受到傳統金屬設計帶來重量的不利影響。
空客公司在飛機上使用碳纖維尾翼和其他複合材料部件已有幾十年了,而且随着飛機産量的增加,尤其是在單通道飛機上,能夠提高這些部件的産量。空客計劃今年将A320系列飛機的月産量提高到60架,并在研究月産量超過70架的潛在能力。
但是傳統的碳纖維制造成本要比傳統的鋁結構高很多,而且需要更長的周期。此外,産量不能簡單地無限制提高,這是窄體飛機産量上升的嚴重障礙。
“明日之翼”計劃的任務是開發一種生産方法,以降低單通道複合機翼的制造成本,使之與當今A321飛機的金屬機翼相匹配。此外,該系統需要在項目啟動兩年内支持每月60架飛機的産量,這是項目的關鍵目标。
“明日之翼”計劃集中在三個主要領域:部件制造工藝改進,開發自動化程度更高的新裝配方法以及采用比現在“更模塊化”的方式完成機翼及其内部系統的集成。
總體目标是減少工藝步驟、人工和零件數量。傳統上由單個金屬部件組裝而成的結構将作為集成單元制造,以簡化機翼組裝并減少緊固件的使用。在機翼内部,空客計劃降低系統複雜性,并在最終機翼裝配前盡可能地集成設備。在未來的設計中,生産人員不必在機翼集成過程中爬進油箱。
“明日之翼”計劃在2020年完成組裝的三個全尺寸演示件中的第一個将用于結構測試,以驗證新的複合材料制造技術。該項目的參與者正在探索多種方法來提高碳纖維工藝的生産率,包括樹脂注入後幹纖維沉積和高壓釜固化。
該計劃負責人表示,在任何可能的情況下,他們都在尋找不止一種技術選擇。通過研究多個技術,并利用演示試驗掌握這些技術,然後權衡利弊,提供可選的成熟技術用于商業化。研制的第二個演示件将是完全集成的機翼,用于驗證系統集成方法。研制的第三個演示件将在一定生産能力要求的條件下,掌握所選技術的真正生産能力。
空客公司已經确定了演示機翼的形狀和結構,該項目目前已經通過了關鍵設計審查,目前正在制造工裝和準備演示件的生産。空客的目标2022年初完成“未來之翼”計劃。
項目負責人表示,該項目的目标是為下一代單通道型産品的推出做好準備。毋庸置疑,A320系列飛機對空客公司來說具有重要意義。從A320系列向新的單通道産品過渡階段的管理,對空客公司業務至關重要。空客公司必須正确運行,迅速升級,這就需要确保技術能夠滿足産品的研制周期和成本目标。
英國GKN公司結構專家兼技術總監表示,提供成熟的工藝,并将生産風險降至最低是該項目的核心。GKN公司為A400M軍用運輸機生産碳纖維翼梁,為A350飛機生産後梁和後緣組件。供應商的目标是在未來的任何單通道飛機項目上提供類似的工作包,并與其他供應商和研究機構一起參與“明日之翼”項目工作。過去,供應商對工作包進行投标,然後開發出所需的技術。現在這種方法行不通。客戶需要非常有信心供應商能夠控制流程。這就是為什麼大型技術項目如此重要的原因。
模拟已成為開發項目的核心工具,更重要的是,通過進一步探索制造工藝使項目得以改善。“明日之翼”計劃負責人表示,詳細的模拟使制造商能夠真正掌握研制過程中的機會。雖然碳纖維已經在航空航天領域應用了幾十年,但在大部分時間裡,制造過程都是通過物理探索—實踐學習而發展起來的。直到最近幾年,模拟能力才得到充分發展,能夠詳細描述複合材料在制造過程中的行為,以及對成品部件性能的影響。在該計劃負責人看來,現有的複合技術仍然“相對不成熟”,有足夠的改進空間,而模拟是釋放這種潛力的一種手段。他表示,為了優化組件設計和制造工藝,需要模拟沉澱、樹脂流動、溫度等很多過程變量。
那麼,“明日之翼”計劃完成後會發生什麼?鄧恩表示,從GKN公司的觀點來看,如果空客公司在未來兩年推出一個新的單通道飛機項目,這将是理想的。盡管所需的技術還沒有準備好,但他相信GKN公司将在新飛機項目投标的最後階段處于有利位置。如果這一決定被推後5年或10年的底線,顯然他們需要進一步尋找機會來完善或改進相關技術。
空客公司此前曾預計,在2030年前不會有一架全新的單通道飛機出現。在2010年A320neo推出之前,飛機制造商曾提議2025年将新單通道飛機投入市場作為目标。但是neo的換發計劃将新的下一代單通道飛機研制推後。在重新啟動換發計劃的時候,空客公司認為,推進技術的發展還不足以保證開發出一種全新的飛機。
開發一種全新的飛機通常需要8年的周期,如果在“明日之翼”計劃結束的近期能夠推出新飛機項目,那麼預計将在2030年投入市場運營。鄧恩認為,不斷增加的環境壓力可能是加速新産品發布的催化劑,而不是進一步拖延的因素。航空業的可持續發展将成為一個更強有力的主題,所有參與航空業的人将面臨更大的壓力,要盡行業所能提供更高效的輕質産品。鄧恩指出,節省相對較輕的重量可能将帶來在飛機整個生命周期内産生相當大的燃油效率,因此制造商有興趣進行改進,而這些改進可能需要付出之前大家認為的巨大努力。
此外,脫歐問題以及空客在英國的機翼生産可能帶來一些潛在影響。“明日之翼”計劃的總部設在英國,因為空客公司的所有商用飛機機翼都在布勞頓組裝;工程和制造活動以及A400M機翼組裝位于布裡斯托爾。然而,“明日之翼”計劃是一項“跨國”項目,在法國、德國、西班牙和其他國家開展活動和合作。
從工程和工業的角度來看,在英國,機翼的知識與該計劃極其相關,這就是該計劃由英國團隊牽頭的原因。然而,空客公司拒絕讨論其英國業務在10月31日脫歐後的潛在影響。空客公司隻聲明,期待進一步明确和盡快消除不确定性,以便能夠妥善規劃未來。空客公司還強調,公司将繼續做好計劃,采取相應措施,包括零件庫存、與供應商協調,以及為潛在關稅和監管變化做準備,在盡可能的情況緩解風險。
但空客公司一再反對英國退出歐盟,并警示,如果英國以無序的方式退出歐盟,将考慮其在英國的業務,并表示空客公司将不依賴英國。空客公司表示,一個多世紀以來,英國一直處于全球航空業的前沿,但計劃于3月29日脫離歐盟。空客公司認為英國的航空業正處于“懸崖”之上,脫歐将對其航空業構成摧毀性威脅。如果脫歐問題不能達成一緻意見,空客公司将不得不做出對英國具有潛在不利影響的決定。空客公司指出,有很多國家願意為空客飛機制造機翼。
“明日之翼”計劃項目負責人承認,英國政府大力支持了GKN的技術活動,因與空客的業務關系為GKN公司創造了豐厚的收益。他希望看到這種情況繼續下去。但他指出,GKN公司在荷蘭和瑞典的工廠技術活動也得到了類似支持。該計劃的目标顯然是在所涉及的所有技術上具有全球競争力。
GKN公司首席執行官表示,技術開發是确保完成新飛機項目供應合同的核心。然而,為了吸引新業務,GKN公司還需要緊鄰客戶建立業務。除了在歐洲和北美的之外,GKN公司在亞洲也有設施投資,他們願意在全球範圍内跟蹤客戶。(中國航空工業發展研究中心)
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