復合材料是提高機翼性能的關鍵。

“明日之翼”正在探索機翼設計和制造的新方法。

推動商用飛機機翼創新，整合和工業化的邊界

 

任何在航空業工作的人都會熟悉空客A320窄體噴氣客機系列。自1988年4月法國航空首次推出以來，該飛機已服務于從炎熱的沙漠環境到冰冷的南極著陸點的目的地，并滿足了從低密度和高密度到長距離橫貫大陸服務的航線需求。

 

布魯斯·柯比(Bruce Kirby)，空中客車公司機翼研發項目負責人，在空中客車公司工作了20年，從事從研究和早期開發計劃到認證等領域的工作。2015年，柯比回到研發部門擔任壓力主管，并于2017年成為空中客車“明日之翼”項目的項目負責人之一。該計劃正在應對航空業目前面臨的無數挑戰，包括滿足下一代燃油效率飛機在性能和生產率方面日益增長的需求。

 

柯比說：“當我們第一次推出A320時，我們預計只交付大約400架這樣的飛機。”。“今天，我們已經交付了10000多架飛機，積壓了6000多架飛機。然而，A320的設計并沒有特別考慮機翼的組裝或可制造性。我們對明日之翼的重點之一是圍繞可制造性進行設計，但主要是圍繞性能。我們的目標是實現性能驅動、高縱橫比、高跨度的機翼，提高性能。為此，我們正在通過引入復合材料來實現輕量化。”

明天的技術，今天

“明日之翼”項目的核心是探索飛機機翼設計和制造的全新方法，從最好的材料、制造和裝配技術到空氣動力學和機翼結構的新技術?？票日f：“當然，空中客車公司不能獨自做到這一點。”。“明日之翼匯集了來自世界各地的40個不同的合作伙伴，他們正在開發100多種不同的技術，通過三個全面的機翼演示進行驗證。”

去年7月，空中客車公司在其菲爾頓工廠開設了一個新的機翼技術開發中心（WTDC），“明日之翼”的演示機翼翼盒就住在那里。新設施將通過使用最新技術和演示來提高機翼性能，幫助空中客車公司加快下一代飛機機翼的設計、制造和測試。

高跨度，高性能機翼

那么，哪些技術將通過機翼演示進行驗證呢？科比解釋說：“高性能意味著更低的燃料消耗，更低的燃料燃燒意味著更少的排放。”。“我們通過高翼展來實現這一目標—機翼越長，我們可以產生的升力就越多。然而，機翼越厚，我們產生的阻力就越大。因此，它需要是一個細長的機翼，比如信天翁式的機翼。然而，這架窄體飛機必須能夠適應世界各地受寬度限制的機場的所有常見登機口尺寸。因此，這促使我們開發了一種帶有折疊翼尖的機翼，該翼尖在飛行過程中保持鎖定狀態，但在飛機著陸后會折疊起來。這意味著我們必須從根本上改變組裝機翼的方式，以提供一種更模塊化的設計，這種設計可以單獨制造，并在以后添加裝配過程”。

復合材料輕量化

復合材料是關鍵技術之一，可以使機翼部件的生產大大降低設備和工具成本，同時加快生產周期。

科比繼續說道：“我們一直在與材料供應商合作，開發低成本、高響應的復合材料，這些復合材料適合集成，例如在單個零件中包含多個零件。”。“例如，這可以大大減少我們在組裝過程中使用的螺栓數量，減少數萬或數十萬個。我們一直在為油箱的主要結構開發新的燃料系統、電氣系統和半導體技術，并利用干纖維注入和樹脂傳遞模塑等技術，以比過去更快的速度制造復合材料機翼蒙皮。”

為了開發機翼壁板，空中客車公司一直在與國家復合材料中心(CNN)合作，設計合作伙伴聲稱的世界上最先進的復合材料制造能力。NCC的高速沉積工作站利用數字技術、設計工具和機器人技術，可以在一次運動中鋪設5米寬、20米長的復合材料層，通過減少所需的單個組件數量和提高生產率來改變機翼生產?，F代機翼蓋由復合碳纖維填充材料制成，通過高速沉積工藝模制和注入樹脂，可以將建造機翼壁板(wing cover)所需的零件數量從大約100000個減少到僅150個。

科比補充道：“毫無疑問，航空業的下一個重大挑戰是如何在2050年之前實現排放脫碳。”。“沒有靈丹妙藥能讓我們達到目標，相反，必須同時開發許多東西，如可持續航空燃料(SAF-Sustainable aviation fuel)、氫技術、提高性能和降低燃料消耗的先進技術和設計、基礎設施、運營和空中交通管理等。有了明日之翼，減少燃料燃燒和排放的關鍵在于性能，這是該行業邁向脫碳的關鍵墊腳石。”

布魯斯·柯比在2023年的高級工程會議上發表了演講。

 

原文，《The future of commercial aircraft wings》2024.2.20