空客A350前机身组件

　　 　　对于航空业来说，新冠肺炎疫情以***的方式遏制了本应平稳快速发展的民航业。这种影响从航空公司开始，逐渐蔓延到各大飞机制造商和整个航空工业供应链的各个环节。 　　空客和波音面临的困境 　　受疫情影响，波音和空客都选择降低所有在产机型的生产率。由于两次坠机事故，2019年停产的737 MAX实际上是波音公司在2020年5月以极低的生产速度重启的，目的是让飞机尽快再次通过适航审查，以便实现复飞。波音公司表示，希望到2022年将737 MAX的月产量提高到31架。其他机型中，波音777/777X的月产量已经减少到5架，波音767减少到6架，大量使用复合材料的波音787减少到10架(预计到2021年还会继续减少到6架)。 　　空客将A320的产量从2019年的平均每月53架减少到40架。广泛用于复合材料的A330和A350的产量分别降***每月2架和6架。此外，波音公司于2020年10月初宣布，位于美国华盛顿州西雅图的所有波音787组装工厂将于2021年关闭，并入该公司位于美国南卡罗来纳州北查尔斯顿的工厂。 　　对于世界其他地区来说，前景更加不明朗。大多数市场分析师预测，服务于国内和邻近地区航线的单通道飞机，如波音737、空客A220和A320，将首先恢复运营，2024年前有可能将该型号飞机的生产和交付恢复到2019年的水平。大型双通道飞机的回收速度会慢一些。咨询公司Thiel Group预测，波音787、波音777X、空客A350和空客A330等双通道飞机的生产和交付可能要到2030年以后才能恢复到2019年的水平。 　　空客可以提供涵盖所有类型飞机的飞机产品组合，完全满足所有航空公司的需求——从更小的单通道150座客机A220到远程双通道400座客机A350-1000。事实上，这两者之间的产品是空客***赚钱和***成功的飞机产品，即单通道客机A320和***新的A321XLR，这是一种单通道飞机，航程很长(8700公里)，预计将于2023年正式投入运营。空客***执行官Guillaume Faury在公开声明中表示，在飞机恢复生产后，他愿意确保空客及其供应链的稳定性和完整性。为了实现这一目标，空客不愿意对飞机生产率进行颠覆性的调整，尤其希望在2021年开始复苏。 　　相反，波音处于劣势。首先，由于飞机自动飞行控制系统导致的两起致命坠机事件，波音公司在2019年停飞了空客A320系列的737 MAX机型。第二，波音没有可以和空客A321XLR竞争的机型。第三，波音777X本应在2021年获得适航认证，但发动机问题和新冠肺炎疫情将这一进度推迟***2022年。第四，波音缺乏像空客A220这样的中小型单通道飞机。2020年4月，波音公司宣布放弃对航空业的收购，并指出原因是航空业未能履行某些义务。 　　高速和高质量已经成为制造商的首要目标。 　　在爆发之前，航空复合材料供应链已经在紧锣密鼓地准备材料，进行技术储备，为即将到来的1-2个新飞机项目做准备。业内普遍认为，这两个项目将主要设计生产空客A320和波音737单通道飞机的升级换代产品，计划于2030年投入运营。按照原计划，这两种型号将以每月60~100架的速度制造，将大量生产和使用复合材料。 　　新型单通道飞机复合材料的应用范围还在讨论中，但几乎可以肯定的是复合材料将用于机翼、翼盒、尾翼结构甚***机身。然而，疫情不仅减缓了现有飞机的生产速度，还推迟了新飞机的研发进程，影响了供应链中已经部署的一些材料和技术。有鉴于此，2020年，全球范围内正在实施多项R&D计划，以追求航空复合材料的高速、高质量和非热压罐(OOA)制造解决方案。 　　“洁净天空”2多功能机身的演示验证项目大多在欧洲进行，其中***引人注目的子项目之一是多功能机身的演示验证(MFFD)。该项目由空中客车公司及其在学术界和航空业的合作伙伴共同主导，其交付成果是一种8米长的热塑性复合材料单通道商用飞机机身结构，计划于2022年生产。MFFD是大型客机(LPA)“清洁天空”2计划创新飞机演示平台(IADP)生产的三个全尺寸机身部件之一。MFFD项目中、下机身通过惊艳子项目设计制造，被称为“智能多功能一体化热塑性机身”。机身包括整个下机身壳体结构、焊接纵梁和结构框架， 机舱和货舱地板结构以及相关的内部结构和系统。 　　空客牵头的另一个备受瞩目的项目是“明日之翼”(WOT)。本项目旨在评估采用非热压罐工艺(OOA)制造机翼结构的成本和技术可行性。参与该项目的主要企业和机构包括斯普利特航空系统欧洲公司、GKN航空航天公司、诺斯罗普·格鲁曼公司和***复合材料中心。在2020年之前，斯普利特已经制造了7米长的机翼蒙皮演示和验证规模，然后在2020年夏天交付了17米长的全尺寸制造工具，可用于后续制造结构件，以进行测试和评估。17米的演示验证件代表了“明日之翼”项目中实际机翼蒙皮的大致形状和大小。理论上，“明日之翼”项目中完成的机翼将用于全新的单通道商用飞机， 并且主要的市场定位是替换空客A320现有的铝制机翼。 　　下一代扰流板项目是空中客车公司和斯普利特航空系统公司共同主导的另一个先进材料和技术项目，具有更直接的实用价值，也着眼于未来航空部件的制造。按照计划每月生产65架空客A320系列(包括空客新A321 XLR)的速度，斯普利特的生产线每年将生产近6500个扰流板。 　　氢能在航空领域的应用越来越受到关注。 　　2020年，以氢为动力的商用飞机的发展前景突然变得非常迫切。2020年6月，法国政府发布了总价值170亿美元的疫情救援计划，该计划与Clean Sky Europe 2发布的“氢动力航空”研究报告的总体目标挂钩。法航还表示，到2024年，将致力于将法国境内航班的二氧化碳排放量降***目前水平的一半。7月，空客***执行官Guillaume Faury表示，首架“零碳”飞机EIS将于2035年问世。据其预测，该项目将于2027~2028年正式启动，2025年前所需技术将迅速成熟。 　　然而，氢作为主要燃料的可行性在很大程度上取决于各种新兴运输、传输和储存技术的快速发展。将这种技术完全商业化并不容易。目前工程师已经做了各种尝试。2020年7月，美国ZeroAvia公司完成了单引擎、六座飞机命名为pipe的飞行试验，该飞机被改装成使用压缩氢气作为能源。此后，该公司计划在美国的同一飞行试验路线上进行同样的试验，使用多尼尔公司类似改装的19座双涡轮螺旋桨飞机Do228，并计划在2023年使这种20座氢燃料飞机完成约804公里(500英里)的飞行。 　　2020年8月，环球氢宣布可为50座级飞机提供双储能燃料容器模块，预计2024年左右在支线航空、仓储物流运输和基础设施建设领域实现商用。 　　如果真的实现了以氢能为动力的航空飞行，那么***有可能首先在支线飞机上实现。其次是单通道飞机，如空客A220和A320。***新实现氢动力飞行的飞机将是以空客A350为代表的远程宽体飞机。 　　在储氢系统中使用复合材料的***大挑战之一是储存液态氢燃料时的极低温度要求，空客声称这是其ZEROe项目要解决的首要问题。另一个很大的挑战是，在飞机飞行过程中，随着飞机高度的升降，外界环境压力发生变化，储氢容器上的压力也潜在地发生变化。因此，如果我们想在2035年之前使氢动力飞行成为现实，我们必须消除以上两个挑战所代表的重大技术障碍。 　　热固性和热塑性复合材料相互竞争。 　　复合材料通常被认为是金属材料的竞争对手，但在航空航天领域，复合材料也会和自己竞争。***典型的例子之一就是热固性复合材料和热塑性复合材料。热固性复合材料已证明在航空航天领域有广泛可靠的成功应用经验；热塑性复合材料虽然在工业上非常普遍，但在大型航空头等舱结构中使用的时间并不长。近年来，一些研究对这两种材料及其相关过程进行了详细的比较。 　　在德国奥格斯堡，德国航空航天中心(DLR)结构与设计研究所下属的轻量化产品技术中心(ZLP)对双通道空客A350的热固性后压力分离器(RPB)和单通道空客A320的热塑性后压力分离器进行了对比。两个项目均与一流的结构供应商德国PAG公司合作，在评估生产周期和制造成本的同时验证了其自动化制造能力。 　　这两个项目的***终结果尚未发布，但有很大的应用前景。热固性树脂浇注工艺在降低成本方面显示出巨大的潜力，但这种潜力只有通过部署自动化制造能力在一定程度上承担前期成本才能实现。 　　热塑性复合材料的制造工艺使结构重量从41公斤降低到35公斤，工艺和装配时间减少75%，部件总成本降低10%以上。但这项技术还需要进一步成熟，才能更多地应用于大型航空结构件的生产。 　　城市空中交通(UAM)已经成为一个新的战场。 　　城市航空运输(UAM)目前正处于起步阶段，并已成为复合材料制造自动化和工业化的重要驱动力。UAM飞机一般指搭载2~6名乘客的小型旋翼飞机或固定翼飞机。它由电池供电，可以垂直起飞和降落，可以手动或自动驾驶。UAM飞机一般设计为城市间的航空货运，也可以是全新的客运，提供空中出租车服务。 　　今天，有100多家公司正致力于开发用于空中出租车或航空货运服务的UAM飞机，但只有少数公司获得了足够的资金来生产原型或演示和验证机。几个比较典型的公司有:美国Beta Technology、中国亿航、美国Joby Airlines、德国Lilium、斯洛文尼亚Pipistrel、德国Volocopter、美国Wesker。上述厂商在工艺中都广泛使用复合材料，但随着产品的迭代开发和技术的进步，***终会应用自动化的生产方式。 　　空中出租车服务行业的***之一是优步，它创造了空中乘车共享服务优步Elevate。优步Elevate公司已经与几个UAM制造伙伴签订了合同，他们将为该公司制造合适的飞机。这些制造合作伙伴包括奥罗拉飞行科学公司、贝尔公司、巴西航空工业公司、现代公司、Jaunt航空公司、Joby航空公司、Overair公司和Pipistrel垂直起降解决方案公司。 　　优步的设计和结构负责人米沙·波拉克(Mischa Pollack)在CAMX 2020的演讲中表示，该公司预计2023年将在几个主要城市初步验证其服务，然后计划在2026年推广其扩张，***终在2028年开始大规模推广。到2035年，优步Elevate预计将在50多个***的主要市场提供空中乘车共享服务，UAM飞机的年需求量将达到1万架。虽然这个数字已经接近商用航空制造的速度，但仍需要提升复合材料制造业才能获得更大的发展。按照米沙·波拉克的期望，复合材料行业应该尽快实施多年来一直倡导和期待的工业化路线。目前看来，复合材料行业完成上述所有工作还需要5年左右的时间。 　　超音速飞行取得了进展 　　2020年，两家正在研发新型超音速客机的公司备受关注。一个是美国Boom超音速公司，一个是美国Aerion公司。2020年10月7日，Boom推出了XB-1超音速飞机，这是其主要产品“前奏”超音速喷气式飞机的三分之一比例演示验证机。大量使用复合材料的XB一号将演示和验证“前奏”的多项关键技术。Boom分几个阶段的目标是:2022年前完成演示验证机，2025年正式推出“前奏”量产机，2029年前开始运营。XB一号将于2021年在加州莫哈韦进行飞行测试。在此之前，该飞机将完成大量目前正在进行的地面测试项目。与此同时，Boom说这是“前奏” 推进系统将***终确定，并将进行风洞试验以验证飞机的结构设计。“前奏”***大速度预计2.2马赫，巡航高度19354米，载客量55~75人。从悉尼飞到洛杉矶只需7小时，从华盛顿特区飞到伦敦只需3.5小时。 　　美国航空公司正在开发AS2公务机。该机可容纳8~10名乘客，超音速巡航速度为1.4马赫。飞机预计4小时内从纽约飞到伦敦，7小时内从伦敦飞到北京。Aerion在2019年底宣布，GKN航空航天公司将为AS2开发尾翼，赛峰将设计机舱、制动系统和起落架。2020年7月，Aerion与斯普利特航空系统公司签署备忘录协议，扩大斯普利特在AS2项目研发中的作用，包括生产前机身和其他部件。作为协议的一部分，斯普利特承诺在AS2投资更多，并增加AS2复合材料前机身设计的工程资源。 　　总体而言，疫情对高端复合材料市场有一定影响，但随着技术进步、成本降低和新兴市场应用需求增加，预计疫情缓解后航空复合材料市场将快速复苏，继续保持较快发展速度。

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