千年一遇的全球大災(zāi)難——新型冠狀病毒大流行，以前所未有的災(zāi)難性方式打擊了商業(yè)航空旅行。影響從航空公司本身開(kāi)始，并向下延伸到主要的飛機(jī)制造商和航空供應(yīng)鏈的整個(gè)層次結(jié)構(gòu)。
空客A350前機(jī)身部分組裝
圖片來(lái)源：空中客車公司
2019年底，COVID-19導(dǎo)致的新型冠狀病毒爆發(fā)。到目前為止，為了防止病毒的傳播，一些國(guó)家禁止航空旅行，而許多人則完全停止乘飛機(jī)旅行。
Teal 集團(tuán)航空運(yùn)輸市場(chǎng)各部門展望。
圖片來(lái)源：Teal Group
其結(jié)果是對(duì)全球商業(yè)航空旅行市場(chǎng)的毀滅性打擊。起初，全球航空客運(yùn)下降了約90%，數(shù)千架飛機(jī)停飛。最終，一些人更習(xí)慣乘坐飛機(jī)所以選擇回到了空中，導(dǎo)致市場(chǎng)小幅復(fù)蘇。航空行業(yè)分析機(jī)構(gòu)蒂爾集團(tuán)（Teal Group）的數(shù)據(jù)顯示，到2020年10月底，全球航空客運(yùn)量較2019年下降了約63%。結(jié)果，世界各地的航空公司停飛飛機(jī)，員工休假，取消或推遲新飛機(jī)訂單。一些較小的航空公司已經(jīng)破產(chǎn)。
空客和波音
對(duì)此，空客（法國(guó)圖盧茲）和美國(guó)波音公司（U.S.）都降低了各自生產(chǎn)的所有飛機(jī)的生產(chǎn)率。由于737 MAX的兩次墜毀，波音公司在2019年停止了該機(jī)型的生產(chǎn)，實(shí)際上在2020年5月重新開(kāi)始了737的生產(chǎn)（以非常低的速度），預(yù)計(jì)這架飛機(jī)將重新獲得飛行資格。該公司表示，希望到2022年將這一數(shù)字增加到31個(gè)。777/777X減少到每月5架，767減少到每月6架，復(fù)合密集的787減少到每月10架（到2021年可能會(huì)減少到6架）。
空中客車公司將A320的產(chǎn)量從2019年的平均每月53輛減少到40輛。A330和復(fù)合材料密集型A350的產(chǎn)量分別減少到每月2輛和6輛。此外，波音公司于2020年10月初宣布，它將在2021年關(guān)閉美國(guó)華盛頓州西雅圖市的所有787裝配廠，并將其合并到公司在美國(guó)南卡羅來(lái)納州北查爾斯頓的工廠中。波音和空中客車公司的一些員工已經(jīng)休假或解雇。
假設(shè)一個(gè)COVID-19疫苗開(kāi)發(fā)和中期全球部署至2021年下旬，而且很有可能是因?yàn)槿蛏虡I(yè)航空旅行將返回到它的一些大流行前正常水平，但何時(shí)以及如何復(fù)蘇時(shí)能只被推測(cè)。中國(guó)首先受到了冠狀病毒的襲擊，并采取了最嚴(yán)格的緩解病毒措施，如今中國(guó)的航空旅行開(kāi)始恢復(fù)。根據(jù)Gardner Intelligence的數(shù)據(jù)，截至2020年10月，中國(guó)的航空旅客旅行量與2019年同期相比下降了25％。
對(duì)于世界其他地區(qū)，前景尚不確定。大多數(shù)分析師預(yù)測(cè)，服務(wù)于國(guó)內(nèi)和地區(qū)航線的單通道飛機(jī)（737，A220，A320）將首先恢復(fù)服務(wù)，并可能在2024年之前幫助該類型飛機(jī)的生產(chǎn)和交付恢復(fù)到2019年的水平。大型雙通道飛機(jī)的恢復(fù)速度可能會(huì)更慢。蒂爾集團(tuán)（Teal Group）預(yù)測(cè)，直到2030年之后，這些飛機(jī)787、777X，A350，A330的生產(chǎn)和交付才可能恢復(fù)到2019年的水平。
停放的飛機(jī)
照片來(lái)源：蓋蒂圖片社
如果這種情況成立，那么空中客車公司和波音公司將處于明顯不同的競(jìng)爭(zhēng)地位。空中客車公司的飛機(jī)產(chǎn)品組合為它提供了滿足任何航空公司需求的產(chǎn)品選擇，從較小的單通道150座A220到長(zhǎng)途雙通道400座A350-1000。介于兩者之間的是空中客車公司最賺錢和最成功的飛機(jī)，即單通道A320，現(xiàn)在包括A321XLR，這是一種遠(yuǎn)程（4700海里）單通道飛機(jī)，最多可容納244名乘客。A321XLR，在2019年巴黎航展上推出，預(yù)計(jì)會(huì)在2023年開(kāi)始服役，不過(guò)這可能會(huì)根據(jù)冠狀病毒大流行的發(fā)生方式而有所變化。無(wú)論如何，隨著客運(yùn)量的恢復(fù)，空中客車似乎可以很好地滿足客戶的需求。空中客車公司首席執(zhí)行官Guillaume Faury在公開(kāi)聲明中表示，有興趣確保飛機(jī)恢復(fù)生產(chǎn)后，空中客車公司及其供應(yīng)鏈保持穩(wěn)定和完整。為此，空中客車公司不愿對(duì)飛機(jī)的生產(chǎn)率進(jìn)行顛覆性的改變，尤其是在2021年開(kāi)始復(fù)蘇。英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》于2020年10月22日?qǐng)?bào)道，空中客車公司希望A320系列飛機(jī)的產(chǎn)量增加18％的的2021年下半年“我們已經(jīng)要求供應(yīng)鏈上的保護(hù)多達(dá)47速度為市場(chǎng)復(fù)蘇時(shí)有所準(zhǔn)備，”空客在說(shuō)FT報(bào)告。“這項(xiàng)決定旨在使我們的供應(yīng)鏈更具可見(jiàn)性。”
相反，波音在四個(gè)方面處于劣勢(shì)。首先，由于飛機(jī)的自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)造成兩次致命墜機(jī)，波音公司對(duì)A320的模擬飛機(jī)737 MAX于2019年停飛。波音公司在2019年全年和2020年的大部分時(shí)間里都在糾正飛行控制系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，培訓(xùn)飛行員使用該系統(tǒng)并獲得美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）和歐盟航空安全局（EASA）的重新認(rèn)證。同時(shí)，流感大流行，導(dǎo)致許多737 MAX客戶延遲或取消訂單。
波音公司的第二個(gè)挑戰(zhàn)在于它沒(méi)有與空客A321XLR競(jìng)爭(zhēng)的飛機(jī)。大流行之前，波音公司在圖紙上擁有一架名為NMA（新中型飛機(jī)）的新飛機(jī)，這是一架雙通道，200~270座，4000~5000海里的飛機(jī)，可安裝在737 MAX 10和波音737之間。公司陣容中的787-8。假定這種飛機(jī)將大量使用復(fù)合材料。然而，最終，波音無(wú)法說(shuō)服市場(chǎng)需要NMA，此外，該公司已將其大量資源投入到讓737 MAX重新生產(chǎn)中。
波音的第三個(gè)挑戰(zhàn)是777X，它是非常成功的777的繼任者。777X是雙通道，可容納426名乘客，航程為7285海里當(dāng)它在2013年宣布時(shí)是有道理的，但在一個(gè)以大流行為主導(dǎo)的世界中，幾乎沒(méi)有國(guó)際旅行，它的未來(lái)值得懷疑。777X原本應(yīng)該在2021年獲得認(rèn)證，但是發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)題和大流行將其推遲到2022年。從復(fù)合材料的角度來(lái)看，777X值得注意，因?yàn)樗哂泻娇蘸教鞓I(yè)最大的碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼，跨度達(dá)71.8米。機(jī)翼由波音公司在其位于華盛頓州埃弗里特的復(fù)合機(jī)翼中心制造，并在大型ASC工藝系統(tǒng)（美國(guó)加利福尼亞州巴倫西亞）的高壓釜中進(jìn)行了固化，該高壓釜的直徑為8.5米，長(zhǎng)為37米。波音顯然希望并需要讓737 MAX重新投入使用，以便它可以開(kāi)始產(chǎn)生現(xiàn)金。所有其他程序似乎都是次要的。
最后，相對(duì)于空客而言，波音面臨的第四個(gè)挑戰(zhàn)是缺少類似于A220的較小的單通道飛機(jī)。波音公司在2018年7月宣布了與巴西飛機(jī)制造商巴西航空工業(yè)公司（圣保羅）建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系的計(jì)劃，該公司將生產(chǎn)70~100座位范圍的較小型單通道飛機(jī)以與A220競(jìng)爭(zhēng)。該伙伴關(guān)系要求波音公司投資42億美元，購(gòu)買巴西航空工業(yè)公司80％的商業(yè)航空業(yè)務(wù)。然而，在2020年4月，波音解散了該協(xié)議，聲稱巴西航空工業(yè)公司未履行某些義務(wù)。巴西航空工業(yè)公司不同意波音的說(shuō)法，聲稱波音根本不想在大流行中花費(fèi)42億美元。無(wú)論如何，波音公司都失去了開(kāi)發(fā)其產(chǎn)品所缺乏的飛機(jī)類型的機(jī)會(huì)。
高速率，高質(zhì)量
高速率，高質(zhì)量
大流行之前，航空復(fù)合材料供應(yīng)鏈一直在加緊準(zhǔn)備自己的組織，以組織一個(gè)或兩個(gè)新的飛機(jī)計(jì)劃—人們普遍認(rèn)為這是A320和737的單通道替代品，服役日期約為2030年。會(huì)以每月60~100的速度制造，當(dāng)然會(huì)消耗大量的復(fù)合材料。
新型單通道飛機(jī)復(fù)合材料的使用范圍尚待商榷，但幾乎可以肯定的是，機(jī)翼、機(jī)翼的機(jī)匣和機(jī)尾結(jié)構(gòu)以及機(jī)身也可能如此。以每天至少兩個(gè)船隊(duì)的速度制造如此大的航空結(jié)構(gòu)，將需要遷移到超高壓滅菌（OOA）的材料和工藝，包括樹脂傳遞模塑（RTM）、液態(tài)樹脂灌注、壓縮模塑和熱塑性復(fù)合材料。確實(shí)，從樹脂和纖維生產(chǎn)商到一級(jí)結(jié)構(gòu)制造商的整個(gè)復(fù)合材料供應(yīng)鏈，都已經(jīng)在材料和工藝（M＆P）方面進(jìn)行了大量投資，以滿足這一預(yù)期需求。
然而，冠狀病毒大流行不僅減慢了現(xiàn)有飛機(jī)的生產(chǎn)速度，而且將新飛機(jī)的開(kāi)發(fā)推遲了數(shù)年，使供應(yīng)鏈已經(jīng)實(shí)施的一些M＆P混亂了。話雖如此，盡管對(duì)高速率，大批量復(fù)合材料制造的需求可能不那么緊迫，但這也同樣重要，特別是考慮到新材料和新工藝的合格交期很長(zhǎng)。有鑒于此，到2020年，有多個(gè)研發(fā)計(jì)劃追求高速率，高質(zhì)量，OOA航空復(fù)合材料制造解決方案。
Clean Sky 2 MFFD
大部分研發(fā)活動(dòng)都在歐洲進(jìn)行，那里的公共資金使人們對(duì)正在開(kāi)發(fā)的技術(shù)有了更大的了解。歐洲最受關(guān)注的程序是Clean Sky 2，其中最引人注目的子程序之一是多功能機(jī)身演示器
（MFFD）。正如CW的報(bào)告中詳細(xì)介紹的那樣，“多功能機(jī)身演示器的發(fā)展”，該項(xiàng)目的主要交付成果是由空客與學(xué)術(shù)界和航空業(yè)的合作伙伴共同領(lǐng)導(dǎo)的，是一款長(zhǎng)8米的熱塑性復(fù)合材料，單通道商用飛機(jī)機(jī)身機(jī)筒演示器，將于2022年生產(chǎn)。MFFD是Clean Sky 2的大型客機(jī)（LPA）創(chuàng)新飛機(jī)演示平臺(tái)（IADP）內(nèi)生產(chǎn)的三個(gè)全尺寸機(jī)身部分之一。MFFD項(xiàng)目始于2014年，其目標(biāo)包括：實(shí)現(xiàn)每月60~100架飛機(jī)的生產(chǎn)率；減輕機(jī)身重量1000公斤；將經(jīng)常性費(fèi)用降低20％。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，數(shù)十個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目和工作包正在完成，并且生產(chǎn)出兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)：上部機(jī)身殼和下部機(jī)身殼，將它們焊接在一起以形成最終的演示器。
（MFFD）。正如CW的報(bào)告中詳細(xì)介紹的那樣，“多功能機(jī)身演示器的發(fā)展”，該項(xiàng)目的主要交付成果是由空客與學(xué)術(shù)界和航空業(yè)的合作伙伴共同領(lǐng)導(dǎo)的，是一款長(zhǎng)8米的熱塑性復(fù)合材料，單通道商用飛機(jī)機(jī)身機(jī)筒演示器，將于2022年生產(chǎn)。MFFD是Clean Sky 2的大型客機(jī)（LPA）創(chuàng)新飛機(jī)演示平臺(tái)（IADP）內(nèi)生產(chǎn)的三個(gè)全尺寸機(jī)身部分之一。MFFD項(xiàng)目始于2014年，其目標(biāo)包括：實(shí)現(xiàn)每月60~100架飛機(jī)的生產(chǎn)率；減輕機(jī)身重量1000公斤；將經(jīng)常性費(fèi)用降低20％。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，數(shù)十個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目和工作包正在完成，并且生產(chǎn)出兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)：上部機(jī)身殼和下部機(jī)身殼，將它們焊接在一起以形成最終的演示器。
MFFD的下部機(jī)身部分是通過(guò)STUNNING項(xiàng)目生產(chǎn)的（智能多功能和一體式熱塑性機(jī)身），將包括下部機(jī)身殼體，焊接縱梁和框架，機(jī)艙和貨物地板結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的內(nèi)部和系統(tǒng)元素。令人驚嘆的是由GKN Fokker（荷蘭Papendrecht）與主要合作伙伴Diehl Aviation（德國(guó)勞普海姆），（荷蘭阿姆斯特丹NLR）和代爾夫特理工大學(xué)（荷蘭代爾夫特TU Delft ）領(lǐng)導(dǎo)。該項(xiàng)目旨在進(jìn)一步完善自動(dòng)化裝配過(guò)程，熱塑性塑料制造和焊接技術(shù)，集成設(shè)計(jì)和制造開(kāi)發(fā)以及先進(jìn)的電氣系統(tǒng)架構(gòu)。
生產(chǎn)8米長(zhǎng)上殼的財(cái)團(tuán)包括空中客車公司；Premium Aerotec（德國(guó)奧格斯堡），是工業(yè)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的負(fù)責(zé)人；DLR，負(fù)責(zé)皮膚鋪層和焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)；和Aernnova（西班牙Vitoria-Gasteiz）生產(chǎn)縱梁。該財(cái)團(tuán)正在開(kāi)發(fā)新型先進(jìn)的纖維鋪放（AFP）技術(shù)，特別是對(duì)碳纖維/ PAEK皮膚鋪層進(jìn)行原位固結(jié)，以及連續(xù)超聲焊接和電阻焊的工業(yè)化，以整合縱梁，框架和其他組件，提高安全性并降低成本。DLR首先建造了一個(gè)1米長(zhǎng)的預(yù)演示器測(cè)試殼，以在建造完整規(guī)模的演示器之前驗(yàn)證技術(shù)，并計(jì)劃在2020年底之前為預(yù)演示器殼制作外殼?？v梁計(jì)劃于2021年初交付。兩半部的完整版本有望在2021年底完成。一旦完成，它們將被焊接到最終的演示器上。弗勞恩霍夫制造技術(shù)與先進(jìn)材料研究所IFAM（德國(guó)施塔德）。
明日之翼
由空中客車公司牽頭的另一個(gè)備受矚目的項(xiàng)目是“明天之翼”（WOT），該項(xiàng)目旨在評(píng)估OOA加工機(jī)翼結(jié)構(gòu)（包括機(jī)翼蒙皮/縱梁，翼梁和肋骨）的成本和可行性。參與的公司和組織包括Spirit AeroSystems（英國(guó)Prestwick），GKN Aerospace（英國(guó)Redditch），Northrop Grumman（美國(guó)猶他州Clearfield）和國(guó)家復(fù)合材料中心（NCC，英國(guó)布里斯托爾）。
正如CW在“更新：下部機(jī)翼蒙皮，明日之翼”中所詳細(xì)描述的，Spirit AeroSystems正在開(kāi)發(fā)液態(tài)樹脂灌注工藝，以制造用于WOT的下部機(jī)翼蒙皮，并在2020年闡明了其取得的進(jìn)展。2020年之前，Spirit已經(jīng)制造了7米的機(jī)翼蒙皮演示器，然后在2020年夏季交付了17米的全尺寸工具，以便該公司可以制造用于測(cè)試和評(píng)估的結(jié)構(gòu)。
17米的演示器將代表下機(jī)翼蒙皮的近似形狀和大小，從概念上講，這將是一架新的單通道商用飛機(jī)，替代A320。皮膚的最大弦長(zhǎng)為3.3米，尖端為1.1米寬。蒙皮層壓板的厚度在尖端附近為5毫米，在與主要起落架配件的蒙皮界面處為30毫米。機(jī)翼蒙皮將使用由Spirit AeroSystems開(kāi)發(fā)的一套稱為智能樹脂輸注系統(tǒng)（IRIS）的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，該技術(shù)包括專用工具，自動(dòng)材料沉積，集成的桁條成型和嚴(yán)密控制的工藝溫度。該系統(tǒng)的核心是位于模具表面附近的嵌入式工具加熱技術(shù)，該技術(shù)使用位于模具表面附近的低壓電阻加熱來(lái)提供快速而精確的溫度控制。通過(guò)控制和調(diào)節(jié)功率輸入來(lái)達(dá)到加熱水平。碳纖維工具包括一個(gè)IML加熱蓋以及一個(gè)半柔性，可重復(fù)使用的真空袋。
機(jī)翼蒙皮的干增強(qiáng)材料由Teijin Carbon Europe GmbH（德國(guó)伍珀塔爾）提供，該供應(yīng)商來(lái)自該供應(yīng)商的中等模量，24k絲束碳纖維。纖維規(guī)格包括單向（UD）織物以及雙軸和三軸非卷曲織物（NCF）。還包括玻璃纖維貼片，用于鉆頭開(kāi)裂并防止電偶腐蝕。桁架中可以找到相同的帝人NCF增強(qiáng)材料，該桁架將通過(guò)由自動(dòng)化專家Broetje-Automation GmbH（Solvay Composite Materials）開(kāi)發(fā)的定制連續(xù)桁架成型機(jī)制造（德國(guó)拉斯特德）。桁條成型機(jī)將能夠生產(chǎn)具有變化的厚度，曲率和葉片角度的桁條。選擇用于機(jī)翼蒙皮的樹脂系統(tǒng)是來(lái)自美國(guó)喬治亞州Alpharetta的單組分環(huán)氧樹脂系統(tǒng)。Brown指出，樹脂將通過(guò)“多個(gè)”注射點(diǎn)輸送到干增強(qiáng)材料中，這些注射點(diǎn)經(jīng)過(guò)精心選擇，以最大程度地提高注射速度和潤(rùn)濕性。注射設(shè)備由Composite Integration Ltd.（英國(guó)薩爾塔什）提供。如前所述，該結(jié)構(gòu)將用半柔性，可重復(fù)使用的袋子進(jìn)行真空包裝，并由巨大的加熱蓋覆蓋。
預(yù)計(jì)將使用專門的模具溫度控制技術(shù)，與單件式樹脂系統(tǒng)，流動(dòng)介質(zhì)（來(lái)自美國(guó)加利福尼亞州亨廷頓比奇的Airtech International）和一塊襯板相結(jié)合，以加快樹脂的吸收和注入干燥劑的速度。纖維。此外，樹脂將首先注入皮膚，最后注入縱梁。該過(guò)程需要多長(zhǎng)時(shí)間尚待觀察，但Spirit AeroSystems說(shuō)在約4小時(shí)內(nèi)注入7米長(zhǎng)的機(jī)翼皮膚；該公司預(yù)計(jì)17米長(zhǎng)的皮膚將在相同的時(shí)間內(nèi)注入。
下一代擾流板
正如CW在“高速率，自動(dòng)航空RTM生產(chǎn)線提供下一代擾流器”中報(bào)道的那樣，由空中客車和Spirit AeroSystems牽頭的另一項(xiàng)M＆P計(jì)劃更加直接適用，但也著眼于未來(lái)飛機(jī)的生產(chǎn)。開(kāi)發(fā)用于制造A320擾流板的高度自動(dòng)化的樹脂傳遞模塑生產(chǎn)線。自A320發(fā)射以來(lái)，復(fù)合材料擾流板（每個(gè)機(jī)翼上有五個(gè)）是手工制作的。空中客車公司希望提高生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，與Spirit合作，共同開(kāi)發(fā)了Spirit現(xiàn)在在其Prestwick工廠生產(chǎn)的可替換擾流板。
每個(gè)擾流板長(zhǎng)約1.8米，寬約0.7米。它的前端厚度約為50毫米，后緣的錐度約為5毫米。每個(gè)擾流板在其前緣的中間還具有一個(gè)200毫米 x 100毫米的金屬支架，機(jī)械執(zhí)行器附接到該金屬支架上，對(duì)于A320，則為桿端執(zhí)行器。在每個(gè)前緣的拐角處還有較小的金屬固定點(diǎn)。
Spirit RTM生產(chǎn)線包括在6臺(tái)Schmidt＆Heinzmann（德國(guó)布魯薩爾）切割臺(tái)上對(duì)Teijin和Hexcel（美國(guó)康涅狄格州斯坦福德）的碳纖維織物進(jìn)行自動(dòng)切割和安裝，并在Pinette Emidecau Industries（法國(guó)Chalon Sur Saone）的預(yù)成型坯上進(jìn)行預(yù)成型，將預(yù)成型坯手動(dòng)加載到RTM模具中，然后在Coexpair（比利時(shí)那慕爾）提供的7臺(tái)RTM壓力機(jī)之一上用RTM 6（Hexcel）環(huán)氧樹脂模制。每臺(tái)壓力機(jī)旁邊是樹脂泵系統(tǒng)，也由Coexpair提供。
以全速生產(chǎn)，這條生產(chǎn)線將以前所未有的速度和質(zhì)量和一致性生產(chǎn)擾流板，這在航空復(fù)合材料制造中是前所未有的。Spirit系列每月以65個(gè)船隊(duì)的速度生產(chǎn)，其中包括空中客車公司的新型A321XLR，每年將生產(chǎn)近6500個(gè)擾流板。以每月100個(gè)船隊(duì)的理論速度計(jì)算，這個(gè)數(shù)字躍升至10000。該公司表示，與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，Spirit的A320擾流板在重量上不受影響，并且成本降低了30％。
航空航天中的氫氣
由燃燒氫驅(qū)動(dòng)的商用飛機(jī)的發(fā)展前景在2020年突然變得緊迫，6月，法國(guó)170億美元的大流行救助計(jì)劃與Clean Sky 2發(fā)表的“氫動(dòng)力航空”報(bào)告的目標(biāo)掛鉤。法航也表示，到2024年，將國(guó)內(nèi)航班的CO2排放量減少一半。然后，在7月，空客首席執(zhí)行官Guillaume Faury在接受《航空周刊》的采訪時(shí)承諾，到2035年首架脫碳飛機(jī)EIS；他預(yù)計(jì)該計(jì)劃將于2027~2028年啟動(dòng)，并在2025年之前使必要的技術(shù)成熟。
9月，空中客車公司宣布啟動(dòng)其ZEROe計(jì)劃，該計(jì)劃包括三種飛機(jī)概念，每種概念均由氫驅(qū)動(dòng)：
渦輪風(fēng)扇設(shè)計(jì)（120~200名乘客），航程為2000多海里，能夠跨洲運(yùn)行，并通過(guò)燃燒后使用氫氣而非噴氣燃料的改良型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。液態(tài)氫將通過(guò)位于后壓力艙壁后面的儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)和分配。
渦輪螺旋槳飛機(jī)設(shè)計(jì)（最多可容納100名乘客）使用渦輪螺旋槳引擎代替渦輪風(fēng)扇，并且還通過(guò)改進(jìn)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的氫燃燒來(lái)提供動(dòng)力，該引擎能夠行駛超過(guò)1000海里，因此是短途航行的理想選擇牽引旅行。
“混合機(jī)翼主體”設(shè)計(jì)（最多200名乘客）的概念，其中機(jī)翼與飛機(jī)的主體合并，其射程與渦輪風(fēng)扇概念的射程相似。超寬的機(jī)身為氫氣的存儲(chǔ)和分配以及機(jī)艙布局提供了多種選擇。
然而，正如CW的Ginger Gardiner報(bào)道的那樣，氫作為燃料來(lái)源的生存能力（不論其行業(yè)如何）取決于年輕但發(fā)展迅速的各種運(yùn)輸，運(yùn)輸和存儲(chǔ)技術(shù)的迅速發(fā)展。這些技術(shù)的商業(yè)化并非易事，但正在解決它們。今年7月，ZeroAvia（美國(guó)加利福尼亞州霍利斯特）完成了對(duì)單引擎，六座管道飛機(jī)的測(cè)試飛行，該飛機(jī)經(jīng)過(guò)改裝以使用壓縮氫氣（H2）氣體，并公布了在美國(guó)進(jìn)行的類似改裝雙渦輪螺旋槳飛機(jī)的飛行測(cè)試， 19個(gè)座位的Dornier 按照其路線圖執(zhí)行228，以認(rèn)證20個(gè)座位的H2到2023年將提供500英里航程的飛機(jī)。然后，在2020年8月，環(huán)球氫能公司（美國(guó)加利福尼亞州洛杉磯）宣布為50個(gè)座位的飛機(jī)提供雙燃料箱模塊，并為區(qū)域航空公司/運(yùn)營(yíng)商加油物流和基礎(chǔ)設(shè)施到2024年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
如果以氫氣為動(dòng)力的商業(yè)航空旅行真正實(shí)現(xiàn)，那么它很可能首先在支線飛機(jī)中實(shí)現(xiàn)，就像上面提到的多尼爾飛機(jī)一樣。接下來(lái)將是單通道飛機(jī)，如A220和A320。最后一種具有氫氣功能的飛機(jī)將是A350等遠(yuǎn)程寬體機(jī)體。
復(fù)合材料在儲(chǔ)氫系統(tǒng)中使用的最大挑戰(zhàn)之一是管理液態(tài)氫的低溫溫度要求，空中客車公司稱這是其對(duì)ZEROe計(jì)劃的偏愛(ài)。另一個(gè)挑戰(zhàn)將是在飛機(jī)飛行過(guò)程中，隨著飛機(jī)高度的升高和降低（從而升高和降低環(huán)境壓力），應(yīng)對(duì)氫壓力的潛在變化。無(wú)論如何，要在2035年之前實(shí)現(xiàn)氫動(dòng)力飛行，就必須消除重大的技術(shù)障礙。
熱固性與熱塑性
復(fù)合材料通常會(huì)與金屬競(jìng)爭(zhēng)，但在航空航天領(lǐng)域，復(fù)合材料也會(huì)與自身競(jìng)爭(zhēng)。一個(gè)很好的例子是熱固性塑料，它在航空航天領(lǐng)域是合格的，而熱塑性塑料，盡管在工業(yè)上并不新鮮，但在大型初級(jí)航空結(jié)構(gòu)中的使用歷史不長(zhǎng)。最近的一些研究試圖對(duì)兩種材料和相關(guān)工藝進(jìn)行逐個(gè)比較。
正如CW的報(bào)告“復(fù)合材料的自動(dòng)生產(chǎn)：液體成型還是焊接熱塑性塑料？”位于奧格斯堡的輕型生產(chǎn)技術(shù)中心（ZLP）的德國(guó)航空航天中心（DLR）結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)研究所比較了雙通道空客A350的液態(tài)模制熱固性后壓艙壁（RPB）和熱塑性RPB的性能。單通道空客A320。這兩個(gè)項(xiàng)目均與這些結(jié)構(gòu)的一級(jí)供應(yīng)商Premium Aerotec Group（德國(guó)奧格斯堡的PAG）合作，并在評(píng)估周期時(shí)間和成本的同時(shí)展示了自動(dòng)化。
工作的結(jié)果參差不齊，但很有希望。熱固性灌注工藝顯示出降低成本的巨大潛力，但將需要一定程度的自動(dòng)化生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)施的前期費(fèi)用。熱塑性復(fù)合材料的制造工藝使重量從41公斤減少到35公斤，工藝和組裝時(shí)間減少了75％，部件總成本減少了10％以上，但是該技術(shù)需要進(jìn)一步成熟才能被考慮用于生產(chǎn)。
正如CW的報(bào)告“復(fù)合材料的自動(dòng)生產(chǎn)：液體成型還是焊接熱塑性塑料？”位于奧格斯堡的輕型生產(chǎn)技術(shù)中心（ZLP）的德國(guó)航空航天中心（DLR）結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)研究所比較了雙通道空客A350的液態(tài)模制熱固性后壓艙壁（RPB）和熱塑性RPB的性能。單通道空客A320。這兩個(gè)項(xiàng)目均與這些結(jié)構(gòu)的一級(jí)供應(yīng)商Premium Aerotec Group（德國(guó)奧格斯堡的PAG）合作，并在評(píng)估周期時(shí)間和成本的同時(shí)展示了自動(dòng)化。
工作的結(jié)果參差不齊，但很有希望。熱固性灌注工藝顯示出降低成本的巨大潛力，但將需要一定程度的自動(dòng)化生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)施的前期費(fèi)用。熱塑性復(fù)合材料的制造工藝使重量從41公斤減少到35公斤，工藝和組裝時(shí)間減少了75％，部件總成本減少了10％以上，但是該技術(shù)需要進(jìn)一步成熟才能被考慮用于生產(chǎn)。
城市空中交通（UAM）
城市空氣流動(dòng)性（UAM）處于起步階段，但對(duì)航空復(fù)合材料行業(yè)而言可能極其重要，它正在迅速崛起，成為復(fù)合材料制造中自動(dòng)化和工業(yè)化的驅(qū)動(dòng)力。正如CW在“新興的城市空中交通市場(chǎng)的復(fù)合材料航空結(jié)構(gòu)”中報(bào)道的那樣，UAM飛機(jī)是小型的2~6人座旋翼飛機(jī)，或者是由電池驅(qū)動(dòng)，能夠垂直起飛和降落，可以進(jìn)行駕駛或自主駕駛，并設(shè)計(jì)用于攜帶的飛機(jī)旅客和/或貨物之間或城市間的空中出租車服務(wù)。
如今，有超過(guò)100家公司致力于開(kāi)發(fā)用于空中出租車或貨物運(yùn)輸服務(wù)的UAM飛機(jī)，但是只有少數(shù)公司獲得了足夠的資金來(lái)生產(chǎn)飛行原型或示威者。它們是：Beta Technologies（美國(guó)佛蒙特州南伯靈頓），EHang（中國(guó)廣州），Joby Aviation（美國(guó)加州圣克魯斯），Lilium（德國(guó)慕尼黑），Pipistrel（斯洛文尼亞Ajdovš?ina），Volocopter（德國(guó)Bruchsal）和Wisk（美國(guó)加利福尼亞州山景城）。所有這些供應(yīng)商都在其工藝中使用復(fù)合材料，但是鑒于每個(gè)供應(yīng)商仍處于原型制作階段，因此制造工藝主要是傳統(tǒng)的手工鋪網(wǎng)。但是，那將不得不改變。
可以預(yù)見(jiàn)的是，空中出租車服務(wù)的領(lǐng)導(dǎo)者之一是Uber，該公司創(chuàng)建了空中乘車共享服務(wù)Uber Elevate。Uber Elevate已與多個(gè)UAM制造合作伙伴簽約，后者將為該公司制造飛機(jī)。這些包括Aurora Flight Sciences、貝爾、巴西航空工業(yè)公司、現(xiàn)代、Jaunt航空、Joby航空、Overair和Pipistrel垂直解決方案。
Uber的車輛設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)人Mischa Pollack在CAMX 2020演講中表示，該公司預(yù)計(jì)到2023年將在幾個(gè)城市對(duì)其服務(wù)進(jìn)行初步認(rèn)證，然后在2026年進(jìn)行擴(kuò)展，然后在2028年進(jìn)行大規(guī)模推廣。到2035年，他說(shuō)，Uber Elevate預(yù)計(jì)將在50多個(gè)市場(chǎng)提供空中乘車共享服務(wù)，每年需求10000架UAM飛機(jī)。他說(shuō)：“這個(gè)數(shù)字仍接近商業(yè)航空制造速度，但我們?nèi)孕枰獜?fù)合材料制造才能發(fā)展。”
這樣的演變是什么樣的？Pollack的全速生產(chǎn)愿望清單基本上是復(fù)合材料行業(yè)多年來(lái)一直期望的工業(yè)化路線圖：每年高達(dá)4500公噸的高模量/高強(qiáng)度碳纖維，通過(guò)自動(dòng)膠帶和纖維鋪放提高自動(dòng)化程度，擴(kuò)大使用壓縮和拉擠工藝，戰(zhàn)略性地使用纖維增強(qiáng)的增材制造，自動(dòng)粘接和焊接，實(shí)時(shí)在線檢查，幾乎沒(méi)有浪費(fèi)，增加了對(duì)低能耗材料的使用，對(duì)回收材料的大量使用以及可持續(xù)能源，材料和工藝策略的應(yīng)用。看來(lái)，復(fù)合材料行業(yè)大約要五年才能完成所有這些工作。
超音速商業(yè)旅行
有兩家公司正在開(kāi)發(fā)全新的超音速客機(jī)。一個(gè)是Boom Supersonic（美國(guó)科羅拉多州丹佛），另一個(gè)是Aerion（美國(guó)內(nèi)華達(dá)州里諾）。10月7日，Boom Supersonic推出了XB-1，這是其Overture超音速噴氣機(jī)的三分之一規(guī)模的演示者。復(fù)合材料密集型XB-1將展示Overture的關(guān)鍵技術(shù)， 該公司有自己的目標(biāo)，包括到2022年建造演示器，2025年推出以及旨在到2029年開(kāi)始載客的目標(biāo)。該XB-1將于2021年前往美國(guó)加利福尼亞州莫哈韋，進(jìn)行飛行測(cè)試之前，它將完成其正在進(jìn)行的廣泛地面測(cè)試計(jì)劃。同時(shí)，該公司表示將最終確定Overture的推進(jìn)系統(tǒng)，并進(jìn)行風(fēng)洞測(cè)試以驗(yàn)證飛機(jī)設(shè)計(jì)。序曲的最高速度預(yù)計(jì)為2.2馬赫，巡航高度為60000英尺（19354米），旅客（55~75）從悉尼到洛杉磯僅需7個(gè)小時(shí)，從華盛頓特區(qū)到倫敦僅需3.5個(gè)小時(shí)。
Aerion正在開(kāi)發(fā)AS2公務(wù)機(jī)，可容納8~10名乘客，超音速巡航速度為1.4馬赫。它將能夠在4個(gè)小時(shí)內(nèi)將紐約飛往倫敦，而在短短7個(gè)小時(shí)內(nèi)就能將倫敦飛往北京。Aerion在2019年末宣布，GKN航空航天公司將為AS2開(kāi)發(fā)尾翼，賽峰集團(tuán)將設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙，制動(dòng)系統(tǒng)和起落架。2020年7月，Aerion簽署了一項(xiàng)備忘錄協(xié)議，以擴(kuò)大Spirit AeroSystems（美國(guó)堪薩斯州威塔塔）在AS2研發(fā)中的作用，以包括前機(jī)身的生產(chǎn)。作為協(xié)議的一部分，Spirit承諾對(duì)AS2進(jìn)行更多投資計(jì)劃，并增加了用于AS2復(fù)合前機(jī)身設(shè)計(jì)的工程資源。
魯ICP備2021047099號(hào)