2023 航空需求碳纖維復(fù)合材料

         隨著新冠肺炎疫情過去，乘客再次乘坐飛機(jī)，商用飛機(jī)的產(chǎn)量正在增加。航空復(fù)合材料供應(yīng)鏈正忙于為即將到來的下一代飛機(jī)項(xiàng)目開發(fā)新的制造和加工（Manufacturing and Processing）提供碳纖維復(fù)合材料。

    隨著全球新冠肺炎疫情的爆發(fā)，全球航空客運(yùn)業(yè)在 2022 年開始復(fù)蘇，預(yù)計(jì) 2023 年全年將加速復(fù)蘇，使商業(yè)航空旅游業(yè)的活動(dòng)水平接近 2019 年以來的最高水平。此次復(fù)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(gè)航空供應(yīng)鏈的生產(chǎn)壓力。

    據(jù)航空航天咨詢公司 Teneo（美國紐約州紐約市）稱，2022 年COVID 法規(guī)的放松有助于刺激美國乘客航空旅行的廣泛復(fù)蘇。在英國，法規(guī)實(shí)施時(shí)間更長，航空旅行的復(fù)蘇滯后，但也遵循類似的模式。此外，特尼奧預(yù)測(cè)，到 2023 年底，大多數(shù)全球航空旅行將在 2019年大流行前水平的幾個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)（見下圖）。

Teneo 對(duì) 2023 年以美國為中心的乘客航空旅行的預(yù)測(cè)。圖片來源：Teneo

正如 2020 年大流行開始時(shí)所預(yù)測(cè)的那樣，全球國內(nèi)航空旅行的恢復(fù)速度比國際航空旅行快，但 2023 年國際旅行將恢復(fù)到接近大流行前的水平。國際航空旅行的回歸預(yù)示著寬體飛機(jī)的使用將增 加，包括復(fù)合材料密集型空客 A350 和波音 787，當(dāng)新冠疫情來時(shí)，這兩種飛機(jī)的生產(chǎn)速度都急劇下降。

2023 年空客和波音

    空客則于 2022 年 9 月宣布，預(yù)計(jì)需求將持續(xù)增長，空客已開始多年逐步提高飛機(jī)制造率。具體而言，空客表示，其計(jì)劃在2022 年交付近 700 架飛機(jī)，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(gè)速度，空中客車公司將交付近600 架飛機(jī)，盡管該公司表示將在今年剩余時(shí)間內(nèi)增加產(chǎn)量以達(dá)到目標(biāo)。

無論如何，到 2025 年，空客計(jì)劃將產(chǎn)量增加到每年近 1000架，這意味著每月約 80 架飛機(jī)的產(chǎn)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(yīng)鏈帶來了壓力——包括復(fù)合材料航空航天供應(yīng)鏈。

空客 A321XLR 首飛      圖片來源：空中客車

空客 A321XLR 是空客 A321neo 系列中最新、最長的一款機(jī)型。這架單通道飛機(jī)專為長時(shí)間的水上航線設(shè)計(jì)，深受客戶歡迎，他們訂購了 500 多架。A321XLR 預(yù)計(jì) 將于 2024 年投入使用。

    波音公司在市場(chǎng)上的地位比空客公司弱。這家總部位于西雅圖的飛機(jī)制造商在去年的大部分時(shí)間里都在讓其 737 MAX 和 787 供應(yīng)鏈重新運(yùn)轉(zhuǎn)。后者的交付自 2021 起暫停，等待聯(lián)邦航空管理局（FAA）對(duì)制造異常情況進(jìn)行評(píng)估，其中涉及一些復(fù)合材料制造的機(jī)身部分。波音公司解決了異常情況，并于 2022 年 9 月恢復(fù) 787 交付。

    波音公司在 2022 年 9 月交付了 51 架飛機(jī)，截至 9 月，今年迄今共交付 328 架。按照這個(gè)速度，波音有望在 2022 年底前交付 437架飛機(jī)，這大大少于空客的目標(biāo)數(shù)量，但對(duì)于一家在過去三年中一直受到安全和制造挑戰(zhàn)困擾的公司來說，這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。

波音和空客的長期選擇

    隨著 A350 和 787 的生產(chǎn)剛剛開始恢復(fù)正常，航空航天行業(yè)，尤其是復(fù)合材料行業(yè)面臨的問題是，下一個(gè)大型飛機(jī)項(xiàng)目何時(shí)宣布？

    空客無需宣布新計(jì)劃。它在所有主要飛機(jī)類別中都有飛機(jī)，幾乎沒有戰(zhàn)略弱點(diǎn)。然而，波音公司相對(duì)較弱，沒有一架遠(yuǎn)程單通道飛機(jī)來取代 757 并與空客 A321XLR 競(jìng)爭(zhēng)。這一事實(shí)，再加上 737 的架構(gòu)限制（不容易擴(kuò)展），表明波音可能會(huì)很快宣布一項(xiàng)新的遠(yuǎn)程單通道計(jì)劃。

    然而，開發(fā)一架新飛機(jī)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(zhàn)，目前仍在重建資金。盡管面臨財(cái)務(wù)和其他方面的挑戰(zhàn)，但很明顯，波音公司需要開發(fā)一種新飛機(jī)，以填補(bǔ)其 757 曾經(jīng)占據(jù)的投資組合中的空白。這是空客 A321XLR 所占據(jù)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(yè)內(nèi)航程最長的窄體客機(jī)。A321XLR也有 500 多架訂單，預(yù)計(jì)將于 2024 年投入使用。

在美國航空公司的波音 787

兩架波音 787，美國航空公司的飛機(jī)。787 項(xiàng)目在 2021 的大部分時(shí)間和 2022 年的部分時(shí)間用于暫停交付，而該公司和聯(lián)邦航空局解決了一些與復(fù)合材料相關(guān)的制造異常問題。幸運(yùn)的是，這一時(shí)間恰逢新冠肺炎導(dǎo)致國際航空旅行大幅放緩。飛機(jī)的交付已經(jīng)恢復(fù)。圖片來源：波音過去幾年，波音公司在市場(chǎng)上非正式地推出了一些概念飛機(jī)，測(cè)試了對(duì)各種配置和尺寸的興趣。這包括新型中型飛機(jī)（NMA），一種比 787 更小的復(fù)合材料密集型雙通道飛機(jī)。盡管 NMA 在早期設(shè)計(jì)階段之后尚未成熟，但波音公司仍在繼續(xù)評(píng)估新的無塵飛機(jī)設(shè)計(jì)方案。這架飛機(jī)可能何時(shí)公布是許多猜測(cè)的主題，但在 2023 年底之前似乎不太可能。

航空復(fù)合材料供應(yīng)鏈管理

    與此同時(shí)，航空復(fù)合材料供應(yīng)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(jī)項(xiàng)目的需求。即使航空航天行業(yè)對(duì)下一個(gè)飛機(jī)項(xiàng)目的尺寸和規(guī)格不確定，我們對(duì)材料和工藝（M&P）的期望也有很多了解。

    隨著航空航天行業(yè)從寬體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向窄體結(jié)構(gòu)，人們普遍認(rèn)為，無論波音和/或空客下一步開發(fā)什么飛機(jī)，都將面向一個(gè)月需求多達(dá) 100 架飛機(jī)的市場(chǎng)。此外，一架新飛機(jī)肯定會(huì)有復(fù)合材料機(jī)翼，也可能有復(fù)合材料機(jī)身。

    每月生產(chǎn) 100 套復(fù)合材料一級(jí)航空結(jié)構(gòu)將需要迄今為止在商業(yè)航空工業(yè)中從未見過的復(fù)合材料 M&P 組合。這種 M&P 趨勢(shì)的主要推動(dòng)力將遠(yuǎn)離熱壓罐所代表的瓶頸，轉(zhuǎn)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(fù)合材料。M&P 趨勢(shì)還將有利于更多的自動(dòng)化、改進(jìn)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。

     這種從熱壓罐中遷移的挑戰(zhàn)之一是，纖維/樹脂組合被考慮用于以前從未使用過的結(jié)構(gòu)中。這種創(chuàng)新對(duì)復(fù)合材料行業(yè)是有益的，但它需要資格認(rèn)證計(jì)劃來證明這些材料在其預(yù)期應(yīng)用中的可行性。這樣的鑒定耗時(shí)且昂貴，但如果航空復(fù)合材料行業(yè)要滿足下一代飛機(jī)制造的需求，則是必要的。

    預(yù)見到這些趨勢(shì)，1 級(jí)和 2 級(jí)航空航天復(fù)合材料制造商正在積極努力實(shí)現(xiàn)其運(yùn)營現(xiàn)代化，以滿足飛機(jī)原始設(shè)備制造商的需求。在復(fù)合材料制造商開發(fā)的一些最新技術(shù)和應(yīng)用中，可以看到這種對(duì)M&P 地位的爭(zhēng)奪。這項(xiàng)工作的示例如下：

GKN WOT 無邊織物在預(yù)成型前切割并平鋪

GKN 公司為明日之翼（WOT-Wing of Tomorrow ）整體翼梁

切割并準(zhǔn)備預(yù)成型的帝人（Teijin）無卷曲織物(noncrimp fabric)。

圖片來源：GKN 公司

    一件式、一次性 17 米翼梁，用于高速飛機(jī)制造。空客明日之翼（WOT-Wing of Tomorrow ）計(jì)劃采用了幾種新的復(fù)合材料 M&P 技術(shù)，旨在推進(jìn)機(jī)翼制造并減輕重量。WOT 中最大的結(jié)構(gòu)之一是由吉?jiǎng)P恩航空航天公司（英國西進(jìn)公司）通過 RTM 開發(fā)和制造的 17米長的一體式碳纖維復(fù)合 spar 平臺(tái)。C 型梁平臺(tái)的獨(dú)特之處在于，對(duì)于單個(gè) 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?jiǎng)P恩設(shè)法將其放置在工具上，而不會(huì)切割或縫褶。空客已經(jīng)組裝了第一架 WOT 演示機(jī)，并將進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)估設(shè)計(jì)和材料的可行性。WOT中的技術(shù)是否以及如何在飛機(jī)上部署仍有待觀察。

AM|XL 公司焊接技術(shù)使用帶有吸盤的末端執(zhí)行器和超聲波焊極來放置 Ω 長桁并將其點(diǎn)焊到蒙皮上。

以上章節(jié)來自網(wǎng)絡(luò)，如有問題請(qǐng)電聯(lián)刪除。