IIAMS 翼盒认证路线图

图7 “原型机改装的认证过程”，其中包括 FTB#2 外翼。 照片来源： Manuel Iglesias Vallejo、Rubén Tejerina Hernanz、Antonio Jiménez 等人的“空中客车防御和空间结构雷达研究作为清洁天空伙伴关系”，空中客车防御和空间，第 8 届欧洲航空和空间科学会议 (EUCASS)，7 月 1 日至2019 年 4 月。

2021 年 3 月文章“推进 OOA 注入机翼盒”的在线侧边栏提供了有关 IIAMS 等 Clean Sky 2 项目如何适应成熟的液体树脂注入 (LRI) 和热塑性复合材料 (TPC) 技术的路线图的更多详细信息，同时完成验证它们在用于下一代飞机的非高压釜 (OOA) 复合结构中所需的工作。

Airbus DS、FTB#2 和未来的涡轮螺旋桨飞机

空中客车防务与航天公司（Airbus DS，Cadiz，西班牙）作为 EADS CASA 进入了欧盟清洁天空研究和技术计划。 CASA 于 1923 年在西班牙赫塔菲以 Construcciones Aeronáuticas SA 的名称成立，在飞机生产方面有着悠久的历史，并且是空中客车联盟的最初成员之一。其第二个基地于 1926 年在加的斯成立，该公司已为空中客车和欧洲战斗机军用飞机和商用生产了 22 种飞机模型和部件。 空客和波音生产的飞机。

晴空1 包括 7 个项目领域 — 6 个集成技术演示者 (ITD) 和技术评估者。 ITDs 分别由 2 个行业组织共同领导，涵盖航空运输的不同领域。

晴空2 包括 9 个项目领域——3 个创新飞机演示平台 (IADP)、3 个 ITD、2 个横向活动和技术评估。

https://www.cleansky.eu/discover

空中客车 DS 已从原始 Clean Sky 中绿色支线飞机 (GRA) 集成技术演示器 (ITD) 的联合领导者发展而来 计划（2008-2017 年）成为 AIRFRAME ITD 的联合负责人以及 飞行试验台 2 (FTB#2) 的负责人 在后续 Clean Sky 2 中的区域综合飞机演示平台 (IADP) 中 计划（2014-2024）。

A.E. Jiménez Gahete 与 Airbus DS 的结构与设计、工程与技术理事会一起描述了 2020 年 9 月 Materials Compuestos 中 FTB#2 的开发 文章标题为“通过干纤维铺放和液态树脂灌注制造的空中客车国防和航天高度集成的翼盒部分”。 Airbus DS 在 Clean Sky 2 中的这项工作将应用于未来的军用运输或商业支线涡轮螺旋桨飞机 .其主要目标之一是为 FTB#2 开发外机翼，该机翼将采用 OOA 复合材料主要结构，包括整体加强的热塑性 复合材料上翼盒盖和一体式单发翼盒，采用自动纤维铺放 (AFP) 和干纤维带和液体树脂灌注 .

后者确实是 Mtorres 在 Clean Sky 2 IIAMS 项目中开发和生产的结构，如 CompositesWorld 中所述 的 2020 年 3 月文章，“推进 OOA 注入的翼盒。”值得注意的是，该翼盒集成了下蒙皮、前后翼梁，但不包括上蒙皮。从下面的路线图可以明显看出，上层皮肤将是热塑性复合材料。

FTB#2 外翼目标和背景

“任何未来的飞机设计都需要在整个生命周期中提高生态效率，”Gahete 说。这应该包括：

• 减少组件生产的能源
• 更少的废初级材料
• 减少制造液体和辅助材料的消耗
• 提高可回收性。

这些改进是 FTB#2 外翼结构设计和生产工艺发展的关键因素，同时也是减轻重量 (-10%) 和制造成本以及提高生产效率的目标。

热塑性复合材料和 树脂灌注在 FTB#2 外翼中都起着关键作用。与传统的基于高压釜的工艺相比，原位固结 (ISC) 热塑性复合材料 (TPC) 和干纤维/树脂灌注使大型主要结构能够以更低的成本制造 OOA。热塑性焊接和高度集成的结构一次性注入也减少了组装、机械紧固件、这些紧固件的加工和检查的影响。

输液技术 Clean Sky 2 的开发始于之前的 Clean Sky 项目，例如 GRA、ECO-DESIGN、APOLO 和 CERTERIN。同时，ISC TPC 已在清洁天空项目 ICARO、TARGET、ECO-DESIGN 和绿色区域飞机-轻型 (GRA-LW) 中成熟，使该技术能够包含在清洁天空 2 FTB#2 飞行演示器中。

图 10. 测试金字塔。图片来源：“空中客车国防和太空高度集成的机翼箱部分，通过干纤维铺放和液态树脂灌注制造”，作者：A.E. Jiménez Gahete，Materiales Compuestos 卷。 4, No. 4, pp. 19-26, Sep 2020.

FTB#2 外翼认证

正如 Gahete 所解释的那样，“我们 [Airbus DS] 正在逐步完成整个机身结构测试金字塔，从试样到外机翼的全尺寸结构测试。” Hexcel HiTape，UD 210 克/平方米 (gsm) 和 12.7 毫米宽，两侧带有热塑性面纱 V800E（面纱重量每侧 4 gsm），注入 Hexcel HexFlow RTM6 180°C 固化环氧树脂，已充分表征，包括单向和多角度属性。测试结果表明，与 Hexcel 的 HexPly M21E 环氧树脂预浸料相比，这种材料在模量方面表现良好，但在强度方面表现不佳，由 HexTow IMA 中间碳纤维制成，用于制造空中客车 A350 的机翼蒙皮、翼梁和中心翼盒。与相同参考文献相比，准各向同性层压板显示出良好的结果。

Gahete 解释说，除了用于材料表征的试样以及在细节和面板子组件测试以获得设计允许之前，制造演示器还用于帮助验证“通过选定的制造工艺可以获得哪些设计特征”。 DEMO1 集成了一段可变厚度蒙皮、带有加强筋的 J 型梁和集成在蒙皮和 J 型梁翼缘中的两个纵梁。 DEMO2——长 3 米 x 宽 0.86 米 x 高 3.44 米——模拟 FTB#2 外翼箱的整体尺寸，包括五个纵梁。 Gahete 指出，在结构部件测试中获得成功结果之前，通过几次迭代进行了一些工艺调整。

图 9. FTB#2 外翼的开发测试矩阵。图片来源：Gahete，材料计算 卷。 4, No. 4, pp. 19-26, Sep 2020.

还完成了设计细节测试矩阵，包括雷击、纵梁跳动和纵梁断裂测试（用于屈曲和失效评估）。子组件面板测试也已完成并取得了积极的结果。 Gahete 说，随着所有测试金字塔的成功完成，从试样到子组件，只有最后的外翼全尺寸静态和功能测试才能获得 FTB#2 飞行资格。这些测试计划于2021年底完成。

FTB#2 作为更大范围技术开发的一部分

外翼盒只是 Airbus DS 供应的 FTB#2 的一部分。其他结构验证器——如 2019 年论文“作为清洁天空伙伴关系的空中客车国防和太空结构雷达研究”所述，由空中客车 DS 撰写并由欧洲航空和空间科学会议 (EUCASS) 于 2019 年出版——包括 MT1 或MT2 驾驶舱（见下图）具有高度的结构集成以减轻重量和降低成本，机翼前缘具有变形功能，以及带有小翼和变形襟翼的全外机翼。 （注意，后者是通过意大利航空航天研究中心 CIRA 的 Air Green 2 项目推进的。）

下图显示了作为广泛技术组合的一部分的 Clean Sky (CS1) 和 Clean Sky 2 (CS2) 中的各种空客 DS 研究。

在 EUCASS 论文中还解释说，这些研究项目不仅具有先进的复合材料技术，而且在金属以及增材制造、加工和修复方面都有新的发展：

• 高度集成的主结构
  • 一次性共固化加筋多功能双曲面实心层压板
  • 通过液态树脂灌注 (LRI) 实现散装框架的高度集成
    • 实心层压板（下部前 FR-9）
    • 加筋夹层（前压舱壁 FR-1）
    • FTB#2 翼盒的下蒙皮和翼梁
  • 通过热塑性原位固结 (ISC) 实现高度集成
    • 小曲率（MT1/MT2 的 FR-4；FTB#2 外翼盒上蒙皮）
    • 热塑性连续成型（纵梁）
    • 高/双曲率（前缘和整流罩）
  • 机身框架/翼肋由热冲压轻合金板制成
• 二级结构：低成本 TPC 和 ALM（增材层制造）窗框
• 模具技术：低成本复合材料和 ALM
• 维修和维护
  • 对高度集成的弯曲硬化蒙皮（预浸料）进行标准修复
  • 热塑性 ISC 共同固结和焊接
  • RTM-LRI 结构项
    • 预浸料补丁应用
    • 干材料贴片加树脂注射
  • 树脂注入固定外部多功能层

无夹具组装也一直是一个反复强调的重点，成熟的新 4.0 数字系统和测试技术（如 EUCASS 论文中列出的技术）也是如此：

• 干涉测量 (DIC)
  • 多冲击中能测试
  • 振动测试
• 热成像
  • 无损检测应用
  • 热环境中的结构行为
• SHM 传感器和测量技术
  • 光纤 FBG（光纤布拉格光栅）
  • OBR（光学背向散射反射计）
  • MEMS（在单个计算机芯片上结合电气和机械组件的微机电系统）
• p-U 声学（基于压力-速度的原位吸收测量方法）

欧盟认证合作框架

EUCASS 和 Gahete 论文的最后一个说明是与一些主要的 Airbus DS 合作伙伴的密切合作和完成的工作，包括 NLR（荷兰航空航天中心）、Airborne（荷兰海牙）、Applus+ Laboratories（巴塞罗那，西班牙）、MTorres（西班牙 Torres de Elorz）和 FIDAMC（西班牙赫塔菲），后者描述为“大量参与了所有正在开发的复合材料及其制造工艺技术。”

一段时间以来，我注意到了赫塔菲空客工程师的活动和出版物，并撰写了有关 FIDAMC 和其他人所做的 ISC TPC 工作的文章。 连续波 在许多关于 Clean Sky 项目的文章中也强调了 Airbus DS 的领导地位。但直到现在，我都不明白空中客车 DS 战略的长期性和计划性，充分利用其对清洁天空计划的参与和贡献。在新的驾驶舱和机翼演示器的开发过程中为认证奠定基础是非常有意义的。 连续波 在 Clean Sky 2 多功能机身演示器 (MFFD) 中，主题领导者德国空中客车公司 (Airbus Germany) 所采用的方法相同。在这种情况下，将在 MECATESTERS 子项目中实现对焊接接头中低熔点聚芳醚酮 (LM PAEK) 的全面表征。

本报告中显示的空中客车 DS 路线图和结构技术雷达图是欧洲航空和复合材料行业如何合作为未来做好准备的另一个例子。 Clean Sky 2 通过为欧洲的飞机和航空复合材料行业提供雄心勃勃的愿景和资助框架，共同努力实现明确的目标，从而继续取得成功。随着行业转向电气化、氢和替代燃料以克服气候变化，这项工作也将有所帮助，而航空和复合材料在实现这一成就中都可以发挥关键作用。