2019巴黎航展：关键看点与行业洞察

2019巴黎航展上复合材料密集应用的空客A400M军用运输机静态展示。来源 | CW

2019年巴黎航展（6月17-23日）前预期不一。期盼波音为新型中型飞机（NMA）铺路，但737 MAX危机耗尽其精力。展会首日，波音仅发布笼统经营状况声明与20年商用飞机预测，NMA零信息。波音最大看点：向国际航空集团（IAG）销售200架737 MAX。

空客则推出A321XLR（LR=长航程），A320neo最新演进机型。计划2023年入役，航程4,700海里，靠增大燃油容量实现。空客称其航程将为现主要由双通道机型执飞的航线提供更低成本单通道选择，如纽约-里约、上海-悉尼、马德里-迪拜。

虽无NMA消息，但参展复合材料企业明确致力于开发对齐材料工艺技术，以应对未来十年波音空客对供应链的需求。含传统热固性预浸料热压罐固化、干纤维树脂注射非热压罐固化、热塑性复合材料、增材制造。供应链的期待感强烈可感。

巴黎航展展出的多款波音eVTOL之一。来源 | CW.

飞行表演区有常规商用、军用、民用飞机日演示。电动飞机演示格外亮眼，与战斗机商用机轰鸣形成静谧反差。静态展区有多款面向都市交通的eVTOL（电动垂直起降）飞行器。此类飞行器尤其依赖复合材料（电动飞行必需）。但部分平台产量可能达千架/年，推动材料工艺向汽车化生产模式靠拢。话虽如此，eVTOL仍处幼年期，监管、认证、空域管理障碍尚待清除。

以下为展会亮点：

Spirit AeroSystems

全球最大机身制造商Spirit AeroSystems（美国堪萨斯州威奇托）周一早早召开发布会，推出ASTRA机身面板（先进结构技术与革命性架构），展示全复合材料机身如何满足下一代单通道飞机的性能、产率、成本要求。该面板设计制造详见独立报道。

Spirit AeroSystems ASTRA下一代高产率单通道飞机演示机身面板背面。来源 | CW

MTorres

展会另一亮点复合面板在MTorres（西班牙纳瓦拉Torres de Elorz）展台。这款肋加筋“网格/蒙皮结构”采用干碳纤维树脂注射成型，实为复合材料资深专家、斯坦福大学航空航天荣誉教授Stephen Tsai构想，他亲临现场讲解。Tsai称数年前构思此设计，基于二战英国维克斯Wellington轰炸机（维克斯-阿姆斯特朗制造）的网格/蒙皮结构，该机以坠机保持结构完整著称。为在复合应用中复现该设计，Tsai设计晶格肋条，每根肋宽高固定、肋间距固定。

Steve Tsai站立于其设计、MTorres协助制造的肋加筋面板旁。关键赋能技术为精准铺放构建肋条。来源 | CW

设计挑战在于开发能承受大机械载荷的肋条交汇节点。Tsai设计的肋条架构：碳纤维带材在A向连续铺放、B向不连续铺放；下层A向不连续、B向连续；以此交替直至肋条目标厚度。这样每个肋条接头始终有连续带材跨越。肋条在模具中构建后，通过AFP/ATL铺蒙皮，整体共固化。

Tsai称优势多，首要是“损伤难扩散至局部区域外”，即蒙皮裂纹难越过边界肋条扩展。网格/蒙皮结构重量与材料效率极高。但他也指出：“易设计难制造。”MTorres由此切入。

巴黎航展MTorres肋加筋面板肋条接头特写。Tsai称设计可用于航空航天与汽车零件。来源 | CW

Tsai称其面板设计制造瓶颈在于肋条带材铺放。全产业化需要直到最近才具备的带材切割速度与精度。Tsai找MTorres合作，询问其ATL/AFP专长能否胜任。MTorres特别项目部主管Iñigo Idareta与复合团队接受挑战，适配技术应用。展会上Idareta称两大挑战：微调带材切割速度精度，MTorres AFP切割飞行能力是保持高速铺放关键；开发工装方案保证各肋条堆叠不失去叠层完整性。此外需用MTorres自有干碳纤维AFP格式实现此高难度注射。均已攻克。基于Tsai设计，还实现了面板蒙皮的离角铺放（4层、约1.2mm厚）。

Jeff Sloan简略绘图展示肋条构建：连续纤维先铺A向、不连续铺B向；下层连续铺B向、不连续铺A向。这样肋条接头始终被连续纤维覆盖。来源 | CW

碳纤维用干法50K材料（三菱化学碳纤维复合材料公司，美国加州萨克拉门托），因MTorres手头有此材料。树脂为“标准”工业级增韧环氧。Idareta称面板经NASA Alan Nettles测试表现良好，肋条/蒙皮结合尤为优异。Tsai承认面板弱点在肋条接头为交叉铺层[0/90]层压板，肋条全[0]向。接头单向拉伸强度约半，压缩强度略超半。即使有此弱点，网格/蒙皮强度仍超同设计铝技术两倍以上，未计复合材料额外减重。Tsai称铝要达同等强度需重三倍。

技术后续？Tsai称“可应用”，列举机身结构、航天发射器箱体、汽车面板、电池箱。Idareta称MTorres在迭代设计，含曲面板与整体筒段面板，均触手可及。Tsai设计多方面可修改适配多工况：肋宽、肋高、交汇角、肋间距。虽展会展品用注射成型，也可用传统热固性预浸料制造。

GKN Aerospace

商用机翼专家GKN Aerospace（英国雷迪奇）在航展宣布已为空客“未来之翼”计划制造首批零件。该为期五年（2018-2022）、多公司、英国Catapult项目，旨在开发材料工艺技术，实现树脂注射碳纤维复合机翼月产100架，部署于下一代单通道飞机。

GKN技术副总裁Paul Perera在展会提供细节：60人从事机翼梁与肋条工作，主体在GKN全球技术中心（年内迁入英国Filton新设施）。机翼梁由GKN干法铺放后注射；肋条采用热塑性复合材料与铝制造。国家复合材料中心（英国布里斯托尔）负责多项技术，含iCAP（数字能力获取计划）开发数据驱动自动化方案，以及Loop Technology（英国多切斯特Poundberry）开发的自动切割铺放系统将用于机翼制造。Northrop Grumman（前Orbital ATK，美国犹他州克利尔菲尔德）开发弦条。下蒙皮由Spirit AeroSystems在苏格兰Prestwick设施制造；上蒙皮由空客制造。目标：未来18个月向英国Broughton空客机翼厂交付三架次机套装配，首批2020年6月、第二批2020年底、第三批2021年初。若按计划推进，将证明树脂注射可行于下一代单通道飞机复合机翼高产率生产。Perera称怀特岛GKN设施生产评估的1米机翼梁段显示材料工艺契合应用。

Perera指出，“未来之翼”大部分将围绕自动化开发。事实上，自动化将是下一代航空航天制造树脂注射的关键赋能。

Solvay复合材料

若寻找航空制造工业化与生产效率聚焦如何下沉到材料供应商的证据，Solvay复合材料（美国佐治亚州阿尔法雷塔）是活例。其正进行多年重估：在何地、如何生产航空级树脂、带材、预浸料。重点是制定运营战略：生产设施品类少、设备高度专业化、满足下一代飞机产率质量要求。执行副总裁Marc Doyle称2018年9月投产的英国雷克瑟姆新厂象征此举：仅生产两个料号（胶粘剂），但高度结构化、高度优化、自动化主导环境，满足客户准时制要求。公司拟全面推广此模式，并尝试转型老厂。

材料创新前沿，Solvay亮点两项——一聚焦热塑性，一聚焦碳纤维。研发创新执行副总裁Mike Blair称热塑性最大挑战/机遇是高温差：高工艺温度导致零件冷却时热膨胀系数（CTE）问题，尤其大件。目标？改性聚酮化学降低工艺温度，不影响玻璃化转变温度（T_g）。也在提升热塑性在自动化设备上的工艺性与操作性。“标准PEEK/PEKK材料其实不错，”Blair说，“只需改性使其更适应。”

碳纤维创新同样引人入胜。2017年Solvay收购大丝束聚丙烯腈（PAN）制造商European Carbon Fiber GbmH（德国凯尔海姆），获得50K碳纤维PAN新优质供应。挑战：大丝束碳纤维能否经格式化呈现中模量（IM）小丝束碳纤维性能特征？Blair称构想引人深思但非易事。仅操作50K丝束本身就可能损伤纤维。不透露太多细节，Blair称公司在开发避免纤维损伤的操作技术。“激进进度表为18个月。”

Toray先进复合材料

原TenCate先进复合材料现全面并入Toray，3月起更名Toray先进复合材料（美国加州摩根山）。总经理Steve Mead称eVTOL是公司当前特别活跃领域（热固性与热塑性均涉及）。“我们在供应新兴eVTOL项目材料，”他补充，“复合材料是真正赋能者，因这些飞机寄生电池重量。非复合材料非选项。”航空航天级制造质量与汽车级产率结合极具吸引力。

Eviation

巴黎航展高调首秀之一：Eviation（以色列Kadima-Tzoran）推出全电动全复合材料飞机Alice。Alice为9座支线运输机，巡航速度240节，航程650英里/1000公里。单一主推进螺旋桨在尾部，翼尖两侧各一推进螺旋桨减阻冗余。CEO Omar Bar-Yohay发布：试飞在美华盛顿州摩西湖，后FAA认证预计2020年底或2021年初。标价400万美元，公司称认证至早期生产全资金到位。

Eviation CEO Omar Bar-Yohay站在全电动全复合9座飞机Alice前，预计2021年投入市场。来源 | CW

展出机为展会前周组装的非飞行原型机。最终生产地与方式待定。原型机由多供应商制造复合结构组装。其一Multiplast（法国瓦讷），属Carboman Group SA（瓦讷）旗下五公司合并体，含Decision（瑞士埃库布朗）、SNE SMM（法国拉内斯特）、Plastinov（法国萨马藏）、Plastéol（萨马藏）。Multiplast有海洋结构制造史，用非热压罐（OOA）工艺制造Alice机身，夹层结构Nomex蜂窝芯。机身按左/右舷中心线分两半制造，两段粘接/紧固（见延时视频）。Multiplast不知能否赢得量产合同，但正评估量产所需材料工艺。机翼与腹部整流罩由新加坡复合材料集群（CCS）供应。

Stratasys

增材制造（AM）设备专家Stratasys（美国明尼苏达州伊登普雷里）在航展强调AM用于零件与工装生产。复合材料制造侧重工装。展台展示两套Stratasys设备制造的模具。材料为SABIC ULTEM 1010，无增强聚醚酰亚胺（PEI），适配热压罐工艺。首套模具为碳纤维机翼前缘成型，带模内电极增强预浸料加热、将固化时间从1.5小时压缩至10分钟。另一套为Boom Aerospace（美国科罗拉多州森特尼尔）制造铺层工装，用于其研发的Overture超音速客机小零件生产。Stratasys制造解决方案副总裁Scott Sevcik称Boom已用两台Stratasys设备，第三台年内交付。Sevcik称Stratasys年内拟推两款切碎碳纤维增强AM材料，也在研发连续纤维增强AM。

Boom Aerospace用Stratasys增材系统制造的铺层工装。材料为无增强ULTEM (PEI)。来源 | CW

Boom Aerospace

巴黎航展另一重磅发布来自Boom Aerospace（美国科罗拉多州恩格尔伍德），研发全新超音速客机Overture。CEO兼创始人Blake Scholl发布会称，Boom接近完成复合材料密集型XB-1（Overture亚比例原型机），预计2019年底推出、2020年试飞。试飞旨在评估设计工程原理，经验反哺Overture最终设计量产，预计2020年代中期入役。进度比Boom最初预期长。“这是雄心工程，”Scholl说，“早期易盲目乐观。”

Boom Aerospace复合材料密集型Overture飞机将提供马赫2.2超音速飞行。来源 | CW

Overture预计最大马赫2.2，巡航高度60,000英尺（19,354米），悉尼-洛杉矶仅7小时、华盛顿-伦敦仅3.5小时，载客55-75人。Scholl称Overture座英里票价预期具竞争力，与现有航司定价持平。还称将采用Prometheus Fuels技术，利用可再生电力将大气碳转化为汽油或喷气燃料，实现零净碳超音速飞行。