它被悬挂在分散的组件夹具之间，在飞机装配线上不会引起第二眼的注意。然而，在德国北部的一个匿名机库里，一个亚光黑色的机身部分—或者用行话来说是筒体—可能是未来超高效的形状。

“清洁天空2号”是一个雄心勃勃、得到欧盟支持的公私合作项目，其总体目标是根据《欧洲绿色协议》将飞机二氧化碳、氮氧化物和噪音排放量减少30%。该协议的既定目标是到2050年使欧盟实现气候中和。

该黑色筒体于2014年开始研制，属于“清洁天空2号”的子项目—多功能机身演示器（MFFD-Multifunctional Fuselage Demonstrator）。它长8米，宽4米，主要由热塑性复合材料制成。通过研究这些聚合物作为结构材料的可行性，MFFD有效地成为了加速飞机生产的跳板，从而提高了欧洲航空航天的竞争力。

机身更轻、更快

机身不仅仅容纳乘客和货物。它还携带重要的电气、机械、气动和液压系统。机身完成后安装系统会增加生产成本和时间。系统也很重。更轻、更容易生产的热塑复材机身有助于抵消这些不利因素。

热塑性复材可以实现这一点，主要是因为不再需要将传统金属机身零件连接在一起的大量的紧固件，或者所需的数量要少得多。

热塑性复材全称为碳纤维增强热塑性聚合物复合材料（CFRTP，确实有点拗口），可在高温下成型。然后冷却固化。如果典型的机身段与客舱和货舱零件巧妙地结合在一起，它们的引入可能会导致每架飞机的结构性重量节省超过10％。

CFRTP复合材料还提供了一个更直接的优势：它们比金属或碳纤维部件更容易重复使用和回收。

 

预装模块

回到我们的库房。MFFD由两个半圆柱壳或模块组成，它们构成了机身筒体。下部模块预先配备了系统和布线；上面有一些座舱标志。

在纯生产方面，热塑性复材使这些模块能够使用新的方法进行组装，每种方法都在MFFD上进行测试。例如，它的外壳是通过自动超声波或激光点焊连接的，而不是铆接在一起。这为装配工人创造了一个相对无尘的环境。然后通过自动传导焊接将下机身模型的地板固定到位。

到2024年底该项目结束时，MFFD实际上已经超过了其减重目标，与金属机身筒体相比，其成本是中性的。40多种技术“专项”已经过高水平的测试，从小型微观力学（复合材料行为的研究）到新型夹具、工具，以及如上所述的先进焊接技术。

MFFD的颠覆性方法可以使CFRTP复合材料机身的制造速度达到每月100架，这是未来单通道飞机的目标速率。除了经济效益外，新型机身的先进架构、更低的重量和更高的制造速率将有助于降低生命周期排放，符合“清洁天空2号”的目标。

欧洲的成功故事

自完成以来，该演示器一直居住在汉堡的ZAL应用航空研究中心。它实际上是在施塔德附近的弗劳恩霍夫研究所组装的。空中客车公司在德国的这两个城市都有广泛很多的设施。

MFFD的创新是一个完全欧洲的成功故事。空中客车是组成该财团的13个主要合作伙伴之一，其中包括萨博、GKN福克、德国航空航天实验室DLR、代尔夫特理工大学以及一个分包商。

“如果学术界、研究中心和行业参与者围绕一个共同目标团结一致，MFFD就是一个很好的例子，”空中客车公司“清洁天空2号”大型客机平台负责人York Roth说。“仅靠一个玩家永远无法交付如此复杂的大型演示机身筒体。”

 

原文，《Fantastic thermoplastics 》 2024.10.15

杨超凡 2024.10.16