【航空航天】2023航空需求碳纖維復合材料
portant; overflow-wrap: break-word !important;">隨著新冠肺炎疫情的爆發，航空客運業在 2022 年開始復蘇，預計 2023 年全年將加速復蘇，使商業航空旅游業的活動水平接近 2019 年以來的高水平。此次復蘇將增加波音（美國弗吉尼亞州阿靈頓）和空客（法國圖盧茲）以及整個航空供應鏈的生產壓力。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">據航空航天咨詢公司 Teneo（美國紐約州紐約市）稱，2022 年COVID 法規的放松有助于刺激美國乘客航空旅行的廣泛復蘇。在英國，法規實施時間更長，航空旅行的復蘇滯后，但也遵循類似的模式。此外，特尼奧預測，到 2023 年底，大多數航空旅行將在 2019年大流行前水平的幾個百分點以內（見下圖）。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">正如 2020 年大流行開始時所預測的那樣，國內航空旅行的恢復速度比國際航空旅行快，但 2023 年國際旅行將恢復到接近大流行前的水平。國際航空旅行的回歸預示著寬體飛機的使用將增加，包括復合材料密集型空客 A350 和波音 787，當新冠疫情來時，這兩種飛機的生產速度都急劇下降。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">2023 年空客和波音
portant; overflow-wrap: break-word !important;">空客則于 2022 年 9 月宣布，預計需求將持續增長，空客已開始多年逐步提高飛機制造率。具體而言，空客表示，其計劃在2022 年交付近 700 架飛機，盡管截至 2022 年 9 月，該公司今年迄今的交付總量為 437 架。按照這個速度，空中客車公司將交付近600 架飛機，盡管該公司表示將在今年剩余時間內增加產量以達到目標。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">無論如何，到 2025 年，空客計劃將產量增加到每年近 1000架，這意味著每月約 80 架飛機的產量。這樣的步伐不僅給空客公司帶來了壓力，也給該公司的供應鏈帶來了壓力——包括復合材料航空航天供應鏈。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">波音公司在市場上的地位比空客公司弱。這家總部位于西雅圖的飛機制造商在去年的大部分時間里都在讓其 737 MAX 和 787 供應鏈重新運轉。后者的交付自 2021 起暫停，等待聯邦航空管理局（FAA）對制造異常情況進行評估，其中涉及一些復合材料制造的機身部分。波音公司解決了異常情況，并于 2022 年 9 月恢復 787 交付。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">波音公司在 2022 年 9 月交付了 51 架飛機，截至 9 月，今年迄今共交付 328 架。按照這個速度，波音有望在 2022 年底前交付 437架飛機，這大大少于空客的目標數量，但對于一家在過去三年中一直受到安全和制造挑戰困擾的公司來說，這是一個巨大的進步。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">波音和空客的長期選擇
portant; overflow-wrap: break-word !important;">隨著 A350 和 787 的生產剛剛開始恢復正常，航空航天行業，尤其是復合材料行業面臨的問題是，下一個大型飛機項目何時宣布？空客無需宣布新計劃。它在所有主要飛機類別中都有飛機，幾乎沒有戰略弱點。然而，波音公司相對較弱，沒有一架遠程單通道飛機來取代 757 并與空客 A321XLR 競爭。這一事實，再加上 737 的架構限制（不容易擴展），表明波音可能會很快宣布一項新的遠程單通道計劃。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">然而，開發一架新飛機需要資金（150 億至 200 億美元），波音公司在 737 MAX 墜毀和 787 交付暫停后面臨挑戰，目前仍在重建資金。盡管面臨財務和其他方面的挑戰，但很明顯，波音公司需要開發一種新飛機，以填補其 757 曾經占據的投資組合中的空白。這是空客 A321XLR 所占據的同一空間，這是一條可容納 200 名乘客的單通道，航程 8700 公里，是業內航程長的窄體客機。A321XLR也有 500 多架訂單，預計將于 2024 年投入使用。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">在美國航空公司的波音 787
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">過去幾年，波音公司在市場上非正式地推出了一些概念飛機，測試了對各種配置和尺寸的興趣。這包括新型中型飛機（NMA），一種比 787 更小的復合材料密集型雙通道飛機。盡管 NMA 在早期設計階段之后尚未成熟，但波音公司仍在繼續評估新的無塵飛機設計方案。這架飛機可能何時公布是許多猜測的主題，但在 2023 年底之前似乎不太可能。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">航空復合材料供應鏈管理
portant; overflow-wrap: break-word !important;">與此同時，航空復合材料供應鏈上下的制造商正在熱切地重新定位，以滿足下一步宣布的任何飛機項目的需求。即使航空航天行業對下一個飛機項目的尺寸和規格不確定，我們對材料和工藝（M&P）的期望也有很多了解。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">隨著航空航天行業從寬體結構轉向窄體結構，人們普遍認為，無論波音和/或空客下一步開發什么飛機，都將面向一個月需求多達 100 架飛機的市場。此外，一架新飛機肯定會有復合材料機翼，也可能有復合材料機身。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">每月生產 100 套復合材料一級航空結構將需要迄今為止在商業航空工業中從未見過的復合材料 M&P 組合。這種 M&P 趨勢的主要推動力將遠離熱壓罐所代表的瓶頸，轉向液體工藝，如樹脂傳遞模塑（RTM）、樹脂注入、壓縮模塑和熱塑性復合材料。M&P 趨還將有利于更多的自動化、改進的過程控制、更多的零件集成、更少的人工接觸和更少的緊固件。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">這種從熱壓罐中遷移的挑戰之一是，纖維/樹脂組合被考慮用于以前從未使用過的結構中。這種創新對復合材料行業是有益的，但它需要資格認證計劃來證明這些材料在其預期應用中的可行性。這樣的鑒定耗時且昂貴，但如果航空復合材料行業要滿足下一代飛機制造的需求，則是必要的。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">預見到這些趨勢，1 級和 2 級航空航天復合材料制造商正在積極努力實現其運營現代化，以滿足飛機原始設備制造商的需求。在復合材料制造商開發的一些新技術和應用中，可以看到這種對M&P 地位的爭奪。這項工作的示例如下：
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">一件式、一次性 17 米翼梁，用于高速飛機制造?？湛兔魅罩恚╓OT-Wing of Tomorrow ）計劃采用了幾種新的復合材料 M&P 技術，旨在推進機翼制造并減輕重量。WOT 中大的結構之一是由吉凱恩航空航天公司（英國西進公司）通過 RTM 開發和制造的 17米長的一體式碳纖維復合 spar 平臺。C 型梁平臺的獨特之處在于，對于單個 RTM 零件來說，它的尺寸非常大，并且它使用了日本東京帝人（Teijin）公司的無卷曲織物（NCF-noncrimp fabric），吉凱恩設法將其放置在工具上，而不會切割或縫褶?？湛鸵呀浗M裝了架 WOT 演示機，并將進行測試，以評估設計和材料的可行性。WOT中的技術是否以及如何在飛機上部署仍有待觀察。
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portant; overflow-wrap: break-word !important; text-align: left;">熱塑性復合材料焊接技術為更可持續的機身帶來了進步。由歐盟清潔航空項目運營的多功能機身演示器（MFFD- Multi-Functional Fuselage Demonstrator）項目正在評估熱塑性復合材料在飛機機身結構中的潛在用途，包括蒙皮、長桁和框。這項工作由 GKN Aerospace（下半部分）、DLR（上半部分；德國科?。┖?Fraunhofer（組裝；德國慕尼黑）完成。多功能機身演示器（MFFD）的目標之一是利用熱塑性塑料的可焊性作為機身的組裝技術，以減少機械緊固件的使用。多功能機身演示器（MFFD）正在評估幾種焊接技術，測量焊接速度、焊接質量和其他變量。熱塑性塑料是整體航空結構的一個有吸引力的選擇，因為它們提供了熱壓罐外（OOA- out-of-autoclave）加工能力，以及易于材料處理和良好的韌性性能。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">威奇托州立大學（美國堪薩斯州威奇托 WSU）的航空研究所（NIAR）正在迅速發展下一代復合材料制造技術的中心。CW 于2022 年初訪問了 NIAR，并發布了我們在那里發現的情況的報告。簡而言之，NIAR 正在其 ATLAS 設施中聚合各種制造技術，為復合材料行業和 WSU 學生提供 M&P 開發的示范選項。ATLAS 擁有Electroimpact（美國華盛頓州穆基利托）自動鋪絲（AFP）機、Coriolis（法國奎文）AFP 機、Mikrosam（馬其頓普里勒普）無工具纖維鋪放系統、Cevotec（德國慕尼黑）自動貼片鋪放系統、KraussMaffei（慕尼黑，ASC 過程系統（美國加利福尼亞州巴倫西亞）熱壓罐和蘇威復合材料（美國佐治亞州阿爾法雷塔）實驗室。NIAR 也是先進虛擬工程與測試實驗室的所在地，專注于虛擬數學建模技術的開發和驗證，該技術使航空航天制造商能夠將從概念設計狀態到分析驗證的全面物理測試降至低。這里的目標是縮短材料測試和鑒定周期，以使新材料更快地進入航空航天結構。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">Qarbon Aerospace 公司是轉型期航空制造商的典型例子，主要由私募股權收購并重新命名的前 Triumph 工廠組成。該公司在航空航天和國防領域使用手工鋪設、熱壓罐固化預浸料的傳統項目方面擁有長期經驗。它還開發了熱塑性復合材料的專業知識，并創新了一些航空結構的焊接技術。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">先進的空中交通
portant; overflow-wrap: break-word !important;">復合材料行業即將出現的是先進的空中交通（AAM- advanced air mobility）市場，該市場計劃在主要城市及其周邊地區提供空中出租車服務，幫助乘客繞過地面交通。AAM 飛機幾乎全部由三到六架載客、全電動、復合材料密集型 eVTOL 飛機組成，航程可達 150 公里。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">如 AAM 現實指數所示，有數百家 AAM 飛機制造商，但只有少數有足夠的資金支持投入服務。該市場的早推動者計劃于2022 年和 2023 年投入服務（EIS- enter into service），其他幾家將于2024 年和 2025 年投入服務。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">對于這個市場的發展速度和終規模，人們眾說紛紜。樂觀者認為，到 2030 年，將有數千輛空中出租車投入服務。持懷疑態度的人認為，少數城市的少數供應商提供的服務有限，成熟期較長。在 AAM 成為現實之前，有許多障礙需要克服。大的障礙是管制/ 空 中 交 通 管 制 。美 國 聯 邦 航 空 管 理 局和歐洲聯盟航空安全局必須制定全新的標準和協議，以管理 AAM 飛機將飛行的空域，其中大部分是擁擠的城市地區，AAM 飛機應避免墜毀。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">第二個障礙是基礎設施?？罩谐鲎廛噷⒃谖挥诮ㄖ镯敳俊C場附近、區域機場和其他地點的垂直機場起降。這種基礎架構不存在，必須由 AAM 制造商創建和維護。AAM 基礎設施也有一個現實指數。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">后一個障礙，也是與復合材料行業相關的障礙，圍繞著M&P。如果空空導彈市場達到樂觀主義者所希望的成熟程度，市場對新飛機的需求每年可能超過 10000 架。這比商業航空領域的高制造率高出一個數量級，代表了迄今為止上任何地方都看不到的高性能復合材料制造工業化水平。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">一些觀察人士喜歡將復合材料制造的這種范式轉變稱為“汽車數量、航空航天質量”，盡管這聽起來有點道理，但事實是 AAM 飛機將以汽車行業所不具備的方式成為復合材料密集型飛機，并且將需要制造汽車行業所未見的零部件。以螺旋槳葉片為例。每架 AAM飛行器都有多個轉子，需要大量生產航空航天質量的螺旋槳葉片——每年多達 60000 片，即使 AAM 只是保守成熟。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">同樣考慮到 AAM 飛機的原型和演示機主要是用手工鋪放的、航空航天合格的預浸料在熱壓罐中固化而成的。然而，第二代和第三代飛機將需要采用非熱壓罐（OOA-Out-of-Autoclave ）M&P，以滿足更高的費率和更高的質量。這意味著無需人工接觸、強大的過程控制、液體成型、過程中檢查、快速固化和易于組裝——目前上任何地方都沒有這種規模。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">這引出了一個問題：誰將為 AAM 制造復合材料？這取決于制造模式。一些 AAM 制造商可能會與 Spirit AeroSystems、GKNAerospace 和 Daher 等 1 級供應商簽訂合同，但甚至他們也需要獲得資本和技術來滿足需求。另外，其他 AAM 制造商，如 Joby Aviation（美國加州圣克魯斯）也在內部進行復合材料制造，這也帶來了類似的規模擴大和工業化挑戰。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">所有這些都忽略了碳纖維需求和供應的問題。AAM 的快速成熟將給碳纖維供應鏈帶來巨大的需求壓力，該供應鏈已經在努力滿足客戶需求，商業航空、風能和氫存儲的強勁增長有望使問題更加復雜。此外，碳纖維制造商不愿投入時間和資金來增加產能，除非對新生產線可能生產的纖維有明確的長期需求承諾。AAM 能否提供如此明確的長期承諾，還有待觀察。
