聚焦 2019-06-13 14:06

降低成本是空客公司“明日之翼”计划的核心

杨敏 摘自 英国《飞行国际》网站

据英国《飞行国际》2019年6月7日刊文,空客公司将于6月开始组装 “明日之翼”技术演示计划下的第一个结构件,旨在为下一代单通道飞机开发复合机翼研制概念。在2020年完成三个全尺寸演示件的试验和组装之前,这件5米长的部件是一个初步的试验品。全尺寸演示件将在新建的技术研究中心进行试验,该中心紧邻空客位于英国布劳顿弗林特郡的机翼厂。

尽管空客公司尚未推出A320系列飞机的替代产品,但公司似乎热衷于在未来的单通道飞机上使用碳纤维机翼。4月,“明日之翼”计划负责人表示,该计划的目标是实现机翼主要结构由碳纤维构成,而单个部件可能由先进的金属或热塑性复合材料制成。

在新一代飞机(如A350或波音787)上改用碳纤维结构,使机身能够通过更长、更薄的机翼来提高气动效率,而不会受到传统金属设计带来重量的不利影响。

空客公司在飞机上使用碳纤维尾翼和其他复合材料部件已有几十年了,而且随着飞机产量的增加,尤其是在单通道飞机上,能够提高这些部件的产量。空客计划今年将A320系列飞机的月产量提高到60架,并在研究月产量超过70架的潜在能力。

但是传统的碳纤维制造成本要比传统的铝结构高很多,而且需要更长的周期。此外,产量不能简单地无限制提高,这是窄体飞机产量上升的严重障碍。

“明日之翼”计划的任务是开发一种生产方法,以降低单通道复合机翼的制造成本,使之与当今A321飞机的金属机翼相匹配。此外,该系统需要在项目启动两年内支持每月60架飞机的产量,这是项目的关键目标。

“明日之翼”计划集中在三个主要领域:部件制造工艺改进,开发自动化程度更高的新装配方法以及采用比现在“更模块化”的方式完成机翼及其内部系统的集成。

总体目标是减少工艺步骤、人工和零件数量。传统上由单个金属部件组装而成的结构将作为集成单元制造,以简化机翼组装并减少紧固件的使用。在机翼内部,空客计划降低系统复杂性,并在最终机翼装配前尽可能地集成设备。在未来的设计中,生产人员不必在机翼集成过程中爬进油箱。

“明日之翼”计划在2020年完成组装的三个全尺寸演示件中的第一个将用于结构测试,以验证新的复合材料制造技术。该项目的参与者正在探索多种方法来提高碳纤维工艺的生产率,包括树脂注入后干纤维沉积和高压釜固化。

该计划负责人表示,在任何可能的情况下,他们都在寻找不止一种技术选择。通过研究多个技术,并利用演示试验掌握这些技术,然后权衡利弊,提供可选的成熟技术用于商业化。研制的第二个演示件将是完全集成的机翼,用于验证系统集成方法。研制的第三个演示件将在一定生产能力要求的条件下,掌握所选技术的真正生产能力。

空客公司已经确定了演示机翼的形状和结构,该项目目前已经通过了关键设计审查,目前正在制造工装和准备演示件的生产。空客的目标2022年初完成“未来之翼”计划。

项目负责人表示,该项目的目标是为下一代单通道型产品的推出做好准备。毋庸置疑,A320系列飞机对空客公司来说具有重要意义。从A320系列向新的单通道产品过渡阶段的管理,对空客公司业务至关重要。空客公司必须正确运行,迅速升级,这就需要确保技术能够满足产品的研制周期和成本目标。

英国GKN公司结构专家兼技术总监表示,提供成熟的工艺,并将生产风险降至最低是该项目的核心。GKN公司为A400M军用运输机生产碳纤维翼梁,为A350飞机生产后梁和后缘组件。供应商的目标是在未来的任何单通道飞机项目上提供类似的工作包,并与其他供应商和研究机构一起参与“明日之翼”项目工作。过去,供应商对工作包进行投标,然后开发出所需的技术。现在这种方法行不通。客户需要非常有信心供应商能够控制流程。这就是为什么大型技术项目如此重要的原因。

模拟已成为开发项目的核心工具,更重要的是,通过进一步探索制造工艺使项目得以改善。“明日之翼”计划负责人表示,详细的模拟使制造商能够真正掌握研制过程中的机会。虽然碳纤维已经在航空航天领域应用了几十年,但在大部分时间里,制造过程都是通过物理探索—实践学习而发展起来的。直到最近几年,模拟能力才得到充分发展,能够详细描述复合材料在制造过程中的行为,以及对成品部件性能的影响。在该计划负责人看来,现有的复合技术仍然“相对不成熟”,有足够的改进空间,而模拟是释放这种潜力的一种手段。他表示,为了优化组件设计和制造工艺,需要模拟沉淀、树脂流动、温度等很多过程变量。

那么,“明日之翼”计划完成后会发生什么?邓恩表示,从GKN公司的观点来看,如果空客公司在未来两年推出一个新的单通道飞机项目,这将是理想的。尽管所需的技术还没有准备好,但他相信GKN公司将在新飞机项目投标的最后阶段处于有利位置。如果这一决定被推后5年或10年的底线,显然他们需要进一步寻找机会来完善或改进相关技术。

空客公司此前曾预计,在2030年前不会有一架全新的单通道飞机出现。在2010年A320neo推出之前,飞机制造商曾提议2025年将新单通道飞机投入市场作为目标。但是neo的换发计划将新的下一代单通道飞机研制推后。在重新启动换发计划的时候,空客公司认为,推进技术的发展还不足以保证开发出一种全新的飞机。

开发一种全新的飞机通常需要8年的周期,如果在“明日之翼”计划结束的近期能够推出新飞机项目,那么预计将在2030年投入市场运营。邓恩认为,不断增加的环境压力可能是加速新产品发布的催化剂,而不是进一步拖延的因素。航空业的可持续发展将成为一个更强有力的主题,所有参与航空业的人将面临更大的压力,要尽行业所能提供更高效的轻质产品。邓恩指出,节省相对较轻的重量可能将带来在飞机整个生命周期内产生相当大的燃油效率,因此制造商有兴趣进行改进,而这些改进可能需要付出之前大家认为的巨大努力。

此外,脱欧问题以及空客在英国的机翼生产可能带来一些潜在影响。“明日之翼”计划的总部设在英国,因为空客公司的所有商用飞机机翼都在布劳顿组装;工程和制造活动以及A400M机翼组装位于布里斯托尔。然而,“明日之翼”计划是一项“跨国”项目,在法国、德国、西班牙和其他国家开展活动和合作。

从工程和工业的角度来看,在英国,机翼的知识与该计划极其相关,这就是该计划由英国团队牵头的原因。然而,空客公司拒绝讨论其英国业务在10月31日脱欧后的潜在影响。空客公司只声明,期待进一步明确和尽快消除不确定性,以便能够妥善规划未来。空客公司还强调,公司将继续做好计划,采取相应措施,包括零件库存、与供应商协调,以及为潜在关税和监管变化做准备,在尽可能的情况缓解风险。

但空客公司一再反对英国退出欧盟,并警示,如果英国以无序的方式退出欧盟,将考虑其在英国的业务,并表示空客公司将不依赖英国。空客公司表示,一个多世纪以来,英国一直处于全球航空业的前沿,但计划于3月29日脱离欧盟。空客公司认为英国的航空业正处于“悬崖”之上,脱欧将对其航空业构成摧毁性威胁。如果脱欧问题不能达成一致意见,空客公司将不得不做出对英国具有潜在不利影响的决定。空客公司指出,有很多国家愿意为空客飞机制造机翼。

“明日之翼”计划项目负责人承认,英国政府大力支持了GKN的技术活动,因与空客的业务关系为GKN公司创造了丰厚的收益。他希望看到这种情况继续下去。但他指出,GKN公司在荷兰和瑞典的工厂技术活动也得到了类似支持。该计划的目标显然是在所涉及的所有技术上具有全球竞争力。

GKN公司首席执行官表示,技术开发是确保完成新飞机项目供应合同的核心。然而,为了吸引新业务,GKN公司还需要紧邻客户建立业务。除了在欧洲和北美的之外,GKN公司在亚洲也有设施投资,他们愿意在全球范围内跟踪客户。

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