清洁天空 2（Clean Sky 2）外翼翼盒全尺寸演示器的测试取得了里程碑式的进展，该演示器已达到技术准备水平5，验证了其未来应用的可行性，并为航空航天制造业的进步奠定了基础，从而实现了轻量化和更高效的装配技术。
OWB 演示器项目于 2014 年至 2024 年期间运行，代表了一种支线飞机机翼配置，旨在验证新兴技术，如热压罐外液体树脂注入、热塑性复合材料的原位固化、无垫片装配和结构健康监测传感器系统。这是一项涉及多个航空航天工业领导者和研究机构的合作努力，包括希腊航空航天工业、位于VADIS的诺丁汉大学、那不勒斯大学、ItalSystem Srl 和位于 Air Green 2 的意大利航空航天研究中心。主题经理是莱昂纳多。
全尺寸 OWB 演示器是飞机机翼的结构核心（也是与飞机机身的关键接口），根部肋宽约 9.1 米，尖端肋宽约 0.7 米。它包括通过 LRI/OOA 工艺制造的几个组件，包括：
⚫ 一个加长桁的上壁板，包括一个可拆卸的壁板
⚫ 通过蒙皮、长桁和肋脚的共同注入，一次性制造出一块加强的下壁板
⚫ 两根 LRI 梁
⚫ 14 根 LRI 肋骨
⚫ 四根金属肋骨
正如莱昂纳多的“清洁天空 2” REG IADP 项目经理维托里奥·阿西奥内所指出的那样，OWB 演示器的主要目标是在全部层面验证先进的制造工艺和创新的装配方法。
阿西奥内说：“为了确保对某些技术的评估，你需要达到飞机上使用的全部规模。”。“因为通过全尺寸测试，你可以发现小尺寸演示器永远无法检测或预见的新问题。在这个过程中加入全尺寸演示器让我们确信一切正常，技术评估也确实完成了。这是我们第一次生产出 9 米以上长的演示器——这本身就是一项重大成就——增加了全尺寸检查这些新技术的可能性。”
然而，开发大型集成复合材料壁板带来了许多挑战。用于克服这些挑战的关键技术包括 OOA-LRI、无垫片装配、确定装配和零件间装配：
热压罐外液体树脂注入（OOA- LRI）工艺
该工艺旨在以更高的效率和更低的环境影响制造大型整体加筋复合材料壁板。与传统的基于热压罐的复合材料制造不同，与在热压罐中使用预浸料的传统复合材料工艺相比，OOA- LRI 的使用使组件能够使用更少的能量进行“固化”（因为固化过程中不需要加压），并且在开始生产之前不需要大型冰箱来维护复合材料。这种方法使重量减轻了 2%，当应用于在役OWB时，这将转化为节省燃料和减少排放。
无垫片装配
无垫片装配技术的发展需要扫描、逆向工程和CAM软件的无缝集成。
莱昂纳多的“清洁天空 2”REG IADP OWB演示负责人朱塞佩·托塔罗解释说：“传统上，翼盒组装涉及使用垫片来闭合翼肋和壁板之间的间隙。这个过程既耗时又昂贵。”。“我们的新方法使用数字孪生和精确加工来创建无垫片配置。”
无垫片装配基于对公差传递的研究和“确定组件装配方法”。这是一种制造和装配方法，可确保零件在最小的调整下装配在一起，减少装配过程中对垫片、返工或手动装配的需求。DAA 依靠精确的工程、数字设计和公差管理来创建在组装时完美对齐的组件。这种方法是在 VADISVarianceAware Determinate Assembly Integrated System 项目（方差感知确定性装配集成系统）中开发的，它允许通过在可能的情况下增加公差来优化公差，同时降低制造成本。
通过改进自动软件例程，确保与现有行业工具（如 Catia）的兼容性，也解决了这一挑战。使用逆向工程，开发了自动软件程序来扫描壁板表面并确定精确零件到零件装配的最终肋表面，这是一种通过连接两个或多个零件来创建装配的方法，其中零件可以相互接触或侵入，并可用于创建新的零件或子组件。 最终的演示器长度超过 9 米，成功地证明了这种方法的效率，减少了对垫片的需求，实现了一次完成钻孔而不是多次钻孔，从而降低了 4%的制造成本。
结构健康监测
该项目的一个关键特征是 SHM 压电传感器和光纤的集成，这些传感器和光纤被战略性地嵌入机翼翼盒中，以监测OWB结构的应力和状态。该技术已成功通过测试，证明其在检测、定位和跟踪复合材料结构中的损伤传播方面的有效性，确保了长期的可靠性和安全性。
莱昂纳多的阿西奥内说：“我们与 Air Green 2 联盟合作，在复杂的机翼翼盒内安装了电子传感器。这是为了全面验证这些技术，考虑到 9.1 米的演示器长度，这一点尤为重要。”。
该技术不仅通过实现实时监控来提高飞机安全性，还通过促进数据收集来帮助进行预测性维护，这些数据可用于预测未来何时可能需要维护和维修。 经过严格的测试，包括全面的静态弯曲测试，该项目成功验证了这些技术，证实了实验数据和数值模型之间的强相关性。这一验证对于实现TRL 5至关重要，证明了这些技术在未来航空航天应用中的可行性。
未来的应用和下一步
OWB演示器的成功为欧洲航空航天制造业的进一步发展铺平了道路：在整个项目过程中开发的工艺，特别是具有集成长桁、翼肋和翼梁的全尺寸加筋板的全尺寸 LRI 制造工艺，不仅可以应用于支线飞机，还可以应用于其他尺寸的飞机（无论是更大还是更小），在这些飞机上，生产成本和环境影响要求更具挑战 性。
阿西奥内说：“开发的技术已经应用于其他清洁航空项目。”。“LRI 工艺特别适用于具有较厚复合材料结构的机翼、水平和垂直尾翼配置。”
生产加强机翼壁板的LRI 工艺的开发将在清洁航空 HERWINGT 项目中继续进行，该项目将研究不同配方的树脂，以提高玻璃化转变温度和雷击保护方面的性能。
OWB 开发的零件到零件装配技术已被证明具有潜力，并将在即将到来的国家研究项目中得到进一步发展。 吉凯恩福克公司（被英国Redditch的吉凯恩航空航天公司收购）于4月28日宣 布收到了清洁航空项目 HERWINGT 的AFP铺放工具。GKN Fokker 开发了一种激光AFP原位固结工 艺，用于外翼箱（OWB）的下壁板。 该下壁板将具有长桁，在蒙皮的 ISC 铺层过程中，长桁将“一次性”共同固 结。自加热工具是与Grunewald GmbH&Co.KG 共 同开发的。长桁由 Xelis GmbH（Avanco Composites 的一部分）提供，采用连续压 缩成型技术 生产。 在接下来的几个月里，将进行生产试 验，为制造全尺寸 OWB 的下壁板做准备， 该下壁板将由莱昂纳多组装和测试。
吉凯恩福克公司（被英国 Redditch 的 吉凯恩航空航天公司收购）于 4 月 28 日宣 布收到了清洁航空项目HERWINGT的AFP铺放工具。GKN Fokker 开发了一种激光AFP原位固结工艺，用于外翼箱的下壁板。
该下壁板将具有长桁，在蒙皮的 ISC 铺层过程中，长桁将“一次性”共同固 结。自加热工具是与 Grunewald GmbH&Co.KG 共 同开发的。长桁由 Xelis GmbH（Avanco Composites 的一部分）提供，采用连续压缩成型技术生产。
在接下来的几个月里，将进行生产试验，为制造全尺寸 OWB 的下壁板做准备， 该下壁板将由莱昂纳多组装和测试。
补充图片
原文，《Clean Sky 2 outer wing box demonstrator validates OOA LRI, shimless assembly and SHM》 2025.5.5
杨超凡 2025.5.6
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