【科普文章】明日之翼

来源：中国复合材料学会

空客公司推出了“明日之翼”(Wing of Tomorrow)计划，这是其为加快下一代飞机的注入能力而做出的最明显的努力。研究和开发工作主要在：

空客英国菲尔顿的机翼制造工厂；

英国政府支持的，在布里斯托尔的综合中心(NCC)；

英国政府支持的，在谢菲尔德的先进制造研究中心(AMRC)；

以及商业合作伙伴如：

 诺斯罗普·格鲁曼公司（犹他州，美国）；

 GKN(布里斯托尔，英国)；

 通用航空(汉布尔,英国)；

 Spirit AeroSystems(威奇托，堪萨斯州,美国)。

 NCC 首席执行官理查德•奥德菲尔德(Richard Oldfield)表示，“明日之翼”项目的目标是开发一种高速商用飞机机翼结构制造工艺，在几乎所有可衡量的方面，该工艺都比目前的机翼制造技术好一个数量级。这意味着更好的自动化，更少的部件，更好的部件集成，更快的周期时间，更快的 NDI（C 扫描无损检测）和更快的组装。他表示:“该计划旨在实现飞机制造领域的根本性变革。”

“明日之翼”的目标所面临的最艰巨的挑战归结于速度。如果像预期的那样，复合材料被用于制造 A320 替换机型的机翼，根据[ CompositesWorld ]分析，可能的生产速度是每月100 架，也就是每天 3 架以上。目前，与 A320 同类型的、俄罗斯的MC-21复合材料机翼，“从预制件的组装到交付组装，复合部件的整个制造周期，到目前为止，大约需要两个月的时间” 。“注入树脂和固化需要 20 个小时”。显然，这种材料和工艺技术，不能满足每天 3 架的生产速率。树脂注入工艺是否可以充分优化，以满足这一目标 ？

NCC 的目的是找出答案。奥德菲尔德说，“明日之翼”的合作伙伴正在与 NCC 合作，通过和在一个分阶段的项目开发树脂注入翼梁、长桁和蒙皮。(AMRC 正在单独开发机翼箱。)奥德菲尔德说，空中客车公司已经给出了 NCC 的每个部件的成本、速度和技术成熟度（TRL）目标。根据 NCC 的研究，奥德菲尔德说，“树脂注入似乎是最有潜力的技术。为此，该中心将开发一体化的蒙皮和梁结构，采用工业树脂系统进行树脂注入。所有这些工作都需要大量的空间和资本支出。为此，NCC 正在为“明日之翼”项目扩建设施，并增加 10 台新设备，包括干纤维放置机、模具和计量系统。

NCC 的工作将通过制造 1 米、3 米、5 米的机翼和 17米的多次迭代来进行。奥德菲尔德说，对机翼蒙皮和翼梁的全面试验和测试预计将于 2019 年第三季度和 2020 年开始，预计到2020年年底交付组装成一个完整的机翼结构(机翼箱、蒙皮、翼梁)。整个机翼的测试预计将在 2021 年之前完成。

奥尔德菲尔德表示“我们的目标是让空客及其合作伙伴 :在准备就绪时做出(材料和工艺)决定。”“这是空客做出的正确技术选择吗?”目前前景一片光明。”

编译后的感言：

1．“明日之翼”明确表示，将开发一体化的蒙皮和梁结构。在 2019 JEC 巴黎复合材料展会上，已经展出了这种新结构。东丽也展出了这种结构的尾翼试验件（见《东丽也造飞机结构试验件》）。

 2. “明日之翼”采用的工艺是：铺放干纤维带 – 注入树脂 – 高温炉固化。长期以来，空客一直使用赫氏（Hexcel）的复合材料。目前赫氏公布的航空航天创新新材料是，Hexcel 的 HiTape®和 HiMax™干碳增强剂是为了补充新一代 HiFlow™树脂系统而开发的，使用树脂注入工艺生产。高质量的航空航天结构。HiTape®是为预制件的自动铺放而开发的，而 HiMax™是一系列优化的无卷曲织物(NCF)。两种产品都包含一个增韧面膜，以增强机械性能，满足航空航天部件的结构要求。

在 2019JEC 的展会上一个集成的机翼板件演示器和一个I 型梁，两者都是由 HiTape® AS7 增强材料制造的，以及一个由 HiMa™NCF 制造的翼肋。翼肋和 I 梁均采用 C-RTM(压缩树脂转移成型)制造。它们被注入了赫氏的 HexFlow RTM6树脂，整个过程耗时不到 5 分钟。这两个部件的总制造周期只有 4.5 小时。

东丽展示的一体化的蒙皮和梁结构的尾翼试验件，采用的工艺是：铺放预浸树脂的纤维带 - 高温炉固化。目前东丽不用热压罐固化的环氧树脂基材是 3960，于它相配合的碳纤维是 T1100。东丽一直是波音主要受力结构，复合材料供应商。T800/3900 系列就是从 777 尾翼应用开始，直到 787机身、机翼成功使用 T800S/3900-2B。因此可以看出，T1100/3960 系列将是波音新一代 737 主结构使用的碳纤维环氧树脂基复合材料。

3. 下一代窄体、单通道民机的复合材料机翼技术，波音和空客采取了不同的材料和制造工艺。C919 准备用哪种技术？

参考资料：

《Russian renaissance: Leading the OOA revolution? 》 1/1/2014

《Resin infusion: Taking off ? 》 2/17/2016 

《Dry fiber placement: Surpassing limits》 2/18/2016 

《Infused wing sheds light on aerocomposites future》 8/1/2018

《JEC World 2019: Hexcel》 3/28/2019

《Hexcel’s Composite Innovations For Aerospace, Automotive, 

Energy And Marine Applications At JEC World 2019》 

 4 /3/ 2019

《Large, high-volume, infused composite structures on the 

aerospace horizon》 6/4/2019

《Spirit AeroSystems invests in qualification program with Toray 

prepre》 6/6/2019 

《东丽也造飞机结构试验件》 6/8/2019

作者简介：杨超凡，飞机制造高级专家，近年专攻民机复合材料。原航空工业部首批研究员级高级工程师，享受国务院特殊津贴。