IIAMS机翼盒：认证路线图

图7 “原型机修改认证流程”，含FTB#2外机翼。图片来源：“Airbus Defense and Space作为清洁天空合作伙伴的结构雷达研究”，Manuel Iglesias Vallejo、Rubén Tejerina Hernanz、Antonio Jiménez等著，Airbus Defence and Space，第八届欧洲航空航天科学会议（EUCASS），2019年7月1-4日。

Airbus DS、FTB#2与未来涡桨飞机

Airbus Defence and Space（Airbus DS，西班牙加的斯）以EADS CASA身份加入清洁天空欧盟研发技术计划。CASA始于1923年西班牙赫塔费Construcciones Aeronáuticas SA，有悠久飞机生产史，是空客联盟创始成员之一。1926年在加的斯建第二基地，生产22款飞机型号及空客/欧洲战斗机/空客波音商用飞机部件。

清洁天空1含7项目领域——6集成技术演示器（ITD）与技术评估器。每ITD由2工业组织联合牵头，覆盖不同航空运输细分。

清洁天空2含9项目领域——3创新飞机演示平台（IADP）、3 ITD、2横向活动、技术评估器。

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Airbus DS从原始清洁天空计划（2008-2017）绿色区域飞机（GRA）ITD联合牵头，进阶为清洁天空2计划（2014-2024）AIRFRAME ITD联合牵头，兼任REGIONAL集成飞机演示平台（IADP）飞行试验台2（FTB#2）牵头。

A.E. Jiménez Gahete（Airbus DS结构与设计、工程与技术局）在2020年9月《Materiales Compuestos》文章“Airbus Defence and Space高度集成机翼盒段由干纤维铺放与液体树脂浸润制造”中描述FTB#2发展。Airbus DS在清洁天空2此项工作将应用于未来军用运输机或商用支线涡桨飞机。核心目标之一开发FTB#2外机翼，将具备OOA复合材料初级结构，含一体化加强热塑性复合材料上机翼盒蒙皮与单件一键式液体树脂浸润机翼盒（用自动铺纤AFP干纤维带）。

后者即MTorres在清洁天空2 IIAMS项目开发生产的结构，如CompositesWorld2020年3月文章“推进OOA浸润机翼盒”所述。值得注意的是该机翼盒集成下蒙皮、前后翼梁，不含上蒙皮。从下图路线图显而易见，上蒙皮将为热塑性复合材料。

FTB#2外机翼目标与背景

“任何未来飞机设计需全生命周期更生态高效，”Gahete说。应含：

• 部件生产能耗更低
• 原材料废料更少
• 降低制造液体与辅料消耗
• 提高可回收性。

此类改进为FTB#2外机翼结构设计与生产工艺关键因素，伴随减重（-10%）、制造成本与生产效率提升目标。

热塑性复合材料与树脂浸润均在FTB#2外机翼扮演关键角色。原位固化（ISC）热塑性复合材料（TPC）与干纤维/树脂浸润使大型初级结构能OOA制造，成本低于传统高压釜工艺。热塑性焊接与高集成度一次浸润结构亦减少装配、机械紧固件、紧固件加工与检验影响。

浸润技术发展在清洁天空2始于清洁天空前期项目如GRA、ECO-DESIGN、APOLO、CERTERIN。同时，ISC TPC在清洁天空项目ICARO、TARGET、ECO-DESIGN、绿色区域飞机-轻量化（GRA-LW）成熟，使该技术纳入清洁天空2 FTB#2飞行演示器。

FTB#2外机翼认证

Gahete解释：“Airbus DS逐步走完从试样到外机翼全尺寸结构测试的整个机身结构测试金字塔。”Hexcel HiTape，UD 210g/m²、12.7mm宽、双面热塑性纱布V800E（每面4g/m²），浸润Hexcel HexFlow RTM6 180°C固化环氧树脂，已全表征，含单向与多角度性能。测试显示模量表现好、强度逊于Hexcel HexPly M21E环氧预浸料（用HexTow IMA中模量碳纤维制造A350机翼蒙皮、翼梁、中机翼盒）。准各向同性层板对比同基准结果良好。

Gahete称除材料表征试样，在细节与面板亚部件测试获取设计许用值前，制造演示器用于验证“选定制造工艺能实现哪些设计特征”。DEMO1集成变厚度蒙皮段、带肋加强筋J型翼梁、两根集成于蒙皮与翼梁法兰的弦筋。DEMO2——长3米×宽0.86米×高3.44米——模拟FTB#2外机翼盒整体尺寸，含五根弦筋。Gahete注经几轮工艺调整后获结构件测试成功结果。

设计细节测试矩阵亦完成，含雷击、弦筋端部、弦筋失稳测试（屈曲与失效评估）。亚部件面板测试亦完成且结果积极。Gahete称测试金字塔从试样到亚部件全通过，仅余最终外机翼全尺寸静力功能测试获FTB#2飞行资格。计划2021年底完成。

FTB#2作为更大范围技术发展一部分

外机翼盒仅是Airbus DS供货FTB#2一部分。其他结构演示器——如2019年论文“Airbus Defense and Space作为清洁天空合作伙伴的结构雷达研究”所述，由Airbus DS撰写、欧洲航空航天科学会议（EUCASS）2019年出版——含MT1或MT2驾驶舱（见下图）高结构集成减重降本、变形前缘、带翼梢小翼变形襟翼的全外机翼（注：后者由CIRA意大利航空航天研究中心Air Green 2项目推进）。

下图展示Airbus DS在清洁天空（CS1）与清洁天空2（CS2）中各研究，作为广泛技术组合一部分。

EUCASS论文还阐述，这些研究不仅推进复材技术，还含金属新发展、增材制造、工装与修复：

• 高度集成初级结构
  • 单次共固化加强多功能双曲实心层板
  • 液体树脂浸润（LRI）高集成度整体框
    • 实心层板（下整流罩FR-9）
    • 加强夹层（前承压隔框FR-1）
    • FTB#2机翼盒下蒙皮与翼梁
  • 热塑性原位固化（ISC）高集成度
    • 小曲率（MT1/MT2 FR-4；FTB#2外机翼盒上蒙皮）
    • 热塑性连续成型（弦筋）
    • 高/双曲率（前缘与整流罩）
  • 热冲压轻合金板制机身框/翼肋
• 次要结构：低成本TPC与ALM（增材层制造）窗框
• 工装技术：低成本复材与ALM
• 修复维护
  • 高集成曲面加强蒙皮标准修复（预浸料）
  • 热塑性ISC共固化与焊接
  • RTM-LRI结构件
    • 预浸料补丁应用
    • 干材料补丁加树脂注射
  • 树脂注射修复外部多功能层

无夹具装配亦为反复强调重点，如EUCASS论文列出的成熟新4.0数字系统与测试技术：

• 干涉测量（DIC）
  • 多冲击中能量测试
  • 振动测试
• 热成像
  • NDT应用
  • 高温环境结构行为
• SHM传感器与测量技术
  • 光纤FBG（光纤布拉格光栅）
  • OBR（光学后向散射反射测量）
  • MEMS（单芯片集成电气机械组件的微机电系统）
• p-U声学（基于压力-速度原位吸收测量法）

认证协作欧盟框架

EUCASS与Gahete论文最后肯定与NLR（荷兰航空航天中心）、Airborne（荷兰海牙）、Applus+ Laboratories（西班牙巴塞罗那）、MTorres（西班牙Torres de Elorz）、FIDAMC（西班牙赫塔费）等关键Airbus DS合作伙伴紧密协作与成果，后者被描述为“显著参与所有复合材料技术及其制造工艺开发”。

一段时间以来，我关注空客赫塔费工程师活动与出版物，撰写过FIDAMC等ISC TPC工作。CW也在多篇清洁天空项目文章中突出Airbus DS领导地位。但直到现在，我未理解Airbus DS战略之长远规划，充分利用其参与与贡献清洁天空计划。在新驾驶舱与机翼演示器开发期间奠定认证基础，完全合理。CW曾撰文清洁天空2多功能机身演示器（MFFD）中Airbus德国主题负责人追求同法：低熔点聚芳醚酮（LM PAEK）焊接接头全表征将在子项目MECATESTERS完成。

本报告展示的Airbus DS路线图与结构技术雷达图，是欧洲航空与复合材料产业协作面向未来的又一例证。清洁天空2持续成功，为欧洲飞机与航空复材产业提供宏大愿景与资助框架，共同达成清晰目标。此工作亦将助力行业向电气化、氢能、替代燃料转型以应对气候变化，航空与复材均扮演关键角色。