2020年航空工業現狀概述

　　2020年因受到新冠疫情的影響，航空工業受到極大沖擊。為了防止這種病毒的傳播，之間的航空旅行受到禁止，而許多人則完全停止乘飛機旅行，進而嚴重破壞了商業航空旅行市場。

　　疫情爆發之初，的旅客航空旅行下降了約90％，數千架飛機停飛。據市場分析，截止2020年10月下旬，旅客空中旅行與2019年相比下降了約63％。航空公司飛機的停飛也使員工陷入困境，取消或延遲了新飛機的訂購，一些較小的航空公司已經倒閉。

　　作為回應，美國波音公司和歐洲空中客車公司均降低了飛機生產率。美國波音公司由于兩次墜機而在2019年停止生產的737 MAX飛機，實際上在2020年5月重新啟動了生產計劃，預計該飛機將重新進行飛行認證。波音公司希望到2022年將飛機數量增加到31架，777/ 777X每月減少到5架，767減少到6架，復合材料密集型787減少到10架。

　　空中客車公司將A320的產量從2019年的平均每月53架減少到40架，A330和復合材料密集型A350的產量分別減少到每月2架和6架。此外，波音公司于2020年10月初宣布，它將在2021年關閉美國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南卡羅來納州北查爾斯頓的工廠中。

　　對于其他地區，航空工業的前景尚不確定。大多數分析師預測單通道飛機（如737、A220、A320等）將先恢復服務，并可能在2024年之前幫助該類型飛機的生產和交付恢復到2019年的水平。大型雙通道飛機的恢復速度可能會更慢。Teal Group預測，直到2030年之后，787、777X、A350、A330等飛機的生產和交付才能恢復到2019年的水平。

　　生產率、高容量復合材料制造

　　在疫情爆發之前，航空復合材料供應鏈一直為一個甚至兩個新的飛機項目進行準備和組織——人們普遍認為這是A320和737的單通道替代品，投入使用的日期約為2030年。這樣的飛機將以每月60-100架的速度制造，肯定會消耗大量的復合材料。

　　復合材料在新型單通道飛機上的應用范圍還有待商榷，但幾乎可以肯定的是，它將包括機翼、機翼箱和尾翼結構，很可能還有機身；以每天至少兩個機組的速度制造這樣的大型航空結構，就必須用到高壓釜外（OOA）材料和工藝，包括樹脂傳遞模塑（RTM）、液態樹脂注入、壓縮成型和熱塑性復合材料。事實上，從樹脂和纖維生產商到一級結構制造商，整個復合材料供應鏈都已經在材料和工藝（M&P）上進行了大量投資，以滿足這一預期需求。

　　然而，新型冠狀病毒的流行不僅減緩了現有飛機的生產速度，而且使新飛機的研發推遲了幾年，使供應鏈上建立的一些M&P計劃陷入混亂。也就是說，盡管對高生產率、高容量復合材料制造的需求可能不那么迫切，但它同樣重要，特別是考慮到鑒定新材料和新工藝所需周期很長。因此，2020年依然有多個研發計劃在追求高速率、高質量的OOA航空復合材料制造解決方案。

　　1、歐洲清潔天空2（Clean Sky 2 ）計劃

　　Clean Sky 2計劃中引人注目的項目之一是多功能機身演示器（MFFD），該項目的主要交付成果是一架8米長的熱塑性復合材料、單通道商用飛機機身筒體演示機，該項目由空客公司牽頭，由學術界和航空工業界的合作伙伴共同主導，將于2022年生產。

　　MFFD是Clean Sky 2的大型客機（LPA）創新飛機演示平臺（IADP）內生產的三個全尺寸機身部分之一。從2014年開始，MFFD項目的目標包括：實現每月60-100架飛機的生產率；將機身重量減少1000公斤；將經常性成本降低20%。為了實現這些目標，目前正在完成數十個單項工程和工作包，并且生產出兩個主要結構：上部機身殼和下部機身殼，將它們焊接在一起以形成終的演示器。

　　多功能機身演示器

　　MFFD下機身部分正在通過STUNNING項目（智能多功能和集成熱塑性機身）生產，生產8米長上殼的團隊正在開發新型先進的纖維鋪放（AFP）技術，特別是對碳纖維/PAEK蒙皮層的原位固結，以及用于縱梁、框架和其他組件集成的連續超聲波焊接和電阻焊的工業化，提高安全性并降低成本。

　　2、空客公司明日之翼計劃

　　空中客車公司領導的另一個備受矚目的項目是明天之翼（Wing of Tomorrow，WOT），該項目旨在評估用于制造機翼結構（包括機翼蒙皮/縱梁、翼梁和翼肋）的OOA工藝的成本和可行性。

　　2020年之前，Spirit AeroSystems已經制造了7米的機翼蒙皮演示器，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試和評估的結構。這架17米長的演示機將代表下翼蒙皮的大致形狀和尺寸，從理論上講，這是一種新型單通道商用飛機——A320的替代品。機翼蒙皮將使用由Spirit AeroSystems開發的一套稱為智能樹脂輸注系統（IRIS）的技術進行生產。

　　明天空客翼下部17米機翼蒙皮

　　機翼蒙皮的干態增強材料使用了帝人 Carbon Europe GmbH公司生產的24k絲束中等模量碳纖維。纖維形式包括單向（UD）織物以及雙軸和三軸非RIMP織物（NCF）。桁架中可以找到相同的帝人NCF增強材料，同樣的Teijin NCF鋼筋也可以在縱梁中找到，它將通過自動化專家Broetje-Automation GmbH開發的定制連續縱梁成型機制造。

　　3、新一代擾流板

　　自A320飛行以來，復合材料擾流板（每個機翼上有五個）都是手工制作的?？湛凸鞠Ｍ岣呱a能力和產品質量，通過與Spirit合作，共同開發了Spirit現在在其Prestwick工廠生產的可替換擾流板。每個擾流板長約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。

　　通過RTM制造的成品A320擾流板

　　Spirit RTM生產線包括使用日本帝人和美國赫氏碳纖維織物在六個Schmidt&Heinzmann切割臺上的自動切割和裝配，在Pinette Emidecau Industries預成型機上的預成型，將預制件手動加載到RTM模具中，然后Coexpair提供的7臺RTM壓力機之一上用RTM 6環氧樹脂模制。

　　在全速生產的情況下，這條生產線將以迄今為止在航空復合材料制造中前所未有的速度生產擾流器。按照每月65臺的速度，其中包括空客的新A321XLR，Spirit生產線每年將生產近6500個擾流板；按照每月100臺的理論速度，這個數字將躍升到10000臺。Spirit公司稱，與傳統產品相比，Spirit的A320擾流器重量適中，成本低30%。

　　4、氫動力飛機

　　2020年6月，法國耗資170億美元的疫情流行救助計劃與清潔天空2號發表的“氫動力航空”報告中的目標掛鉤，因此，發展以燃燒氫為動力的商用飛機的前景突然變得緊迫起來。

　　今年9月，空中客車公司宣布啟動其ZEROe計劃，該計劃包括三種概念飛機，每一種均由氫氣驅動。但是，氫作為燃料來源的可行性取決于各種運輸和儲存技術的快速發展，這些技術雖然年輕但發展迅速。將這些技術商業化并不簡單，但它們正在得到解決。

　　空中客車公司氫燃料概念飛機

　　7月，ZeroAvia完成了改裝為使用壓縮氫氣氣體的單引擎六座Pipe飛機的試飛，按照其路線圖，將在2023年前認證一架20座、氫動力飛機，航程500英里。然后在2020年8月，環球氫能源公司宣布到2024年將為50個座位的飛機提供雙燃料箱模塊，并為支線航空公司/運營商提供加氣物流和基礎設施。

　　5、城市空中交通

　　城市空中交通（urban air mobility， UAM）處于起步階段，但對航空復合材料行業而言具有潛在的極其重要的意義，它正迅速成為復合材料制造自動化和工業化的驅動。UAM飛機是一種2-6人的小型旋翼機或飛機，采用電池供電，能夠垂直起降，可以駕駛或自主駕駛，設計用于作為空中出租服務在城際或城際運送乘客或貨物。

　　如今，有超過100家公司致力于開發用于空中出租車或貨物運輸服務的UAM飛機，但是只有少數公司獲得了足夠的資金來生產飛行原型或演示器，所有這些供應商都在其工藝中使用復合材料，鑒于仍處于原型制作階段，因此制造工藝主要是傳統的手工鋪網。

　　UAM飛機將引領碳纖維復合材料發展

　　可以預見的是，空中出租車服務的領導者之一是Uber，該公司創建了空中乘車共享服務Uber Elevate。Uber Elevate已與多個UAM制造合作伙伴簽約。該公司預計到2023年將在幾個城市對其服務進行初步認證，在2026年進行擴展，然后在2028年進行大規模推廣。到2035年，Uber Elevate預計將在50多個市場提供空中乘車共享服務，每年需求10,000架UAM飛機。

　　這樣子發展帶來的效果是怎樣的？這基本上是復合材料行業多年來一直期望的工業化路線圖：每年高達4,500噸的高模量/高強度碳纖維，通過自動化膠帶和纖維鋪設提高自動化程度，擴大使用壓縮和拉擠工藝，戰略性地使用纖維增強的增材制造、自動粘接和焊接，實時在線檢測，幾乎沒有浪費，增加了對低能耗材料的使用，對回收材料的大量使用以及可持續能源、材料和工藝策略的應用。復合材料行業大約要五年才能完成所有這些工作。

　　6、超音速商業飛行

　　有兩家公司正在開發全新的超音速客機。一個是Boom Supersonic，另一個是Aerion。10月7日，Boom Supersonic推出了XB-1，這是其Overture超音速噴氣機的三分之一比例的演示器，復合材料密集型XB-1將展示Overture的關鍵技術，該公司目標是到2022年建造演示機，2025年推出以及2029年開始載客。

　　作為超音速飛行演示器XB-1的關鍵原材料，碳纖維復合材料是不可或缺的，該演示器的機身、機翼、垂直尾翼、水平尾翼、進氣口、副翼和方向舵均采用了日本東麗公司下屬Toray Advanced Composites公司的TC350-1增韌環氧預浸料制成，在外部還預涂了美國Hexcel公司的IM7碳纖維，只有發動機機艙和后機身是金屬。

　　Aerion正在開發AS2公務機，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個小時內從紐約飛往倫敦，而在短短7個小時內就能從倫敦飛往北京。Aerion在2019年末宣布，GKN航空航天公司將為AS2開發尾翼，賽峰集團將設計發動機機艙、制動系統和起落架。2020年7月，Aerion簽署了一項備忘錄協議，以擴大Spirit AeroSystems在AS2研發中的作用，包括前機身的生產。