STUNNING 项目实现 8.5 米热塑性机身蒙皮，推进可持续飞机设计

作为欧盟“清洁天空 2”倡议一部分，航空航天业正寻求可持续飞行路径，特别是通过从铝材向碳纤维增强复合材料转型，改善飞机结构并大幅减排。“清洁天空 2”多功能机身示范器（MFFD）是此类项目之一，始于 2017 年，包含数十个子项目与工作包（详见“验证 LM PAEK 焊接用于多功能机身示范器”）。其中，STUNNING（智能多功能集成热塑性机身）项目负责开发 MFFD 下机身段，近期通过自动化铺丝（AFP）制造出 8.5 米长热塑性机身蒙皮（见下方视频）。

STUNNING 由 GKN Fokker（荷兰帕彭德雷赫特）牵头，核心合作伙伴包括 Diehl Aviation（德国劳普海姆）、荷兰航空航天中心（NLR，阿姆斯特丹）和代尔夫特理工大学（TU Delft，代尔夫特）。项目旨在进一步成熟自动化装配工艺、热塑性制造与焊接技术、集成设计制造开发及先进电气系统架构。

“欧洲航空航天业大约一半参与 MFFD 项目，我们真正深入研究各种以可持续性为目标的制造技术，”NLR 高级研发复合材料工程师 Joachim de Kruijk 描述。“在研究各种制造选项与材料时，我们认为利用新一代热塑性材料是实现更可持续机身结构的最佳路径。这类材料能改变制造方法与设计技术，带来更轻飞机，意味着更低燃油消耗与 CO₂、NO_x 排放，同时保持传统铝飞机的强度与安全。”

现代飞机如空客 A350 XWB 和波音 787 梦想客机已在零件、支架甚至机身蒙皮采用热固性复合材料，清洁天空指出。但在 STUNNING 项目中，GKN Fokker 与 NLR 专家被赋予设计制造使能任务，以实现大型结构件的高生产率。

“热塑性材料在制造装配过程中真正的改进在于：与热固性不同，它可多次加热再加热以确保均匀性与结合，”De Kruijk 解释。“在 STUNNING 中，目标之一是展示如何结合不同工艺构建结构与非结构组件以实现完整集成。为此，我们着手构建整个机身底部半段，不仅洞察飞机蒙皮制造，还包括蒙皮下的加强筋、地板梁等结构件，以及客舱、系统甚至货舱门等部件。”

怀揣宏大目标，合作方着手测试各种制造技术构建将集成到机身的众多部件与结构。对 NLR 而言，这意味着用其内部最先进的 AFP 机器测试最大部件——机身结构底部。NLR 据报达成目标，制造出机身底部蒙皮——单件，长 8.5 米、直径 4 米——被称为有史以来最大的单体热塑性零件。

清洁天空称这非小成就。虽然热固性复合材料在飞机制造中应用日增，但大型热塑性零件相对较新，面值成本稍高。但据 De Kruijk，收益远超价格。

“因较新且特性所致，热塑性比热固性稍贵。但有诸多差异化因素让新材料物超所值。例如，热塑性稍轻，因基体更韧、抗冲击损伤更强，这很重要，”De Kruijk 解释。“此外，制造使用方式不同。连接热塑性各部件只需加热焊接。这意味着我们摆脱了固定传统飞机的成千上万紧固件，必将带来显著减重。”

NCC 另一研究课题是如何检测、维护与修复热塑性飞机。目前大型复合材料零件在飞机应用有限，检测、维护与可修复性数据与实践较少。

“目前我们在开发多种无损检测（NDI）技术用于飞机检测，如热成像与剪切照相，但技术仍在成熟中。目前用超声检测缺陷，但耗时，”De Kruijk 建议。“然而传统飞机检测维护也慢。鉴于热塑性可反复加热焊接，我们看到维护可比传统飞机快得多。想象一下不用逐个手工检查整个结构每颗铆钉能节省多少时间。”

因最终蒙皮尺寸巨大，分两段生产。完成下机身蒙皮第二个 90 度段铺层后，下一步是固化并将两个 90 度段连接成 180 度机身蒙皮段。但据报这需要能容纳并加热超大件的超大高压釜。荷兰无此设备，两半段将运往德国集成。工序原定 6 月底进行。

“假设 6 月能推进连接这两片机身，预计夏季可将固化蒙皮运回 NLR，开始详细 NDI 测试验证成功并全面确立完整下机身蒙皮质量，”De Kruijk 描述。“之后将运往 GKN Fokker 合作伙伴处，STUNNING 项目开发的各部件将全面装配集成。”

MFFD 项目完整总结见“推进多功能机身示范器（MFFD）”。感应焊接详情见 GKN Fokker 网络研讨会。

本项目获清洁天空 2 联合事业（JU）资助，资助协议编号 945583。JU 获欧盟“地平线 2020”研究创新计划及清洁天空 2 JU 非联盟成员支持。