热塑性复合材料机身：MFFD 加速航空制造绿色变革

在应对全球气候变化的挑战中，欧盟推出了一项雄心勃勃的计划—Clean Sky 2。这是一个由欧盟支持的公私合作伙伴关系，旨在通过创新技术减少飞机的CO2、一氧化二氮和噪音排放量，目标是降低高达30%的排放量，以符合欧洲绿色协议。该协议的既定目标是到2050年使欧盟实现气候中和。

 图1 Clean Sky 2项目热塑性飞机机身演示^[1]

PART.01

多功能机身演示器（MFFD）：航空制造的新篇章

2014年，Clean Sky 2项目推出了一个引人注目的项目—多功能机身演示器（MFFD）。这个8米长、4米宽的机身段，主要由热塑性复合材料制成，标志着航空制造的新篇章。MFFD不仅展示了热塑性塑料在航空制造中的潜力，还成为了加速飞机生产的跳板，提高了欧洲航空航天的竞争力。

PART.02

热塑性复合材料：更轻、更经济的解决方案

传统的飞机机身主要由金属构成，这些金属机身部分需要大量的重型紧固件连接在一起。而热塑性复合材料，特别是碳纤维增强热塑性聚合物复合材料（CFRTP），提供了一种更轻、更经济的解决方案。CFRTP复合材料可以在高温下成型，然后在冷却时凝固。这种材料的使用，可以使每架飞机的结构重量减轻10%以上，同时减少了连接部件所需的紧固件数量。

图2 MFFD飞机机身部件通过热塑性复合材料焊接工艺进行连接^[1]

PART.03

易于再利用和回收：CFRTP的优势

CFRTP复合材料的另一个显著优势是它们的可再利用性和可回收性。与金属或碳纤维部件相比，CFRTP更容易被回收和再利用，这对于减少航空业的环境足迹至关重要。

PART.04

MFFD的创新生产方法

MFFD项目采用了创新的生产方法，这些方法在MFFD上进行了测试。例如，它的外壳是通过自动超声波或激光点焊连接在一起的，而不是传统的铆接。这种方法为装配工人创造了一个相对无尘的环境，并且通过自动传导焊接将下机身模型的地板固定到位。该项目中使用的材料和制造技术，可在高速生产过程中经常性成本降低20%。到2024年项目结束时，这种机身的总体技术准备水平（TRL）将提高到TRL 5。

图3 热塑性飞机机身预装模块^[1]

PART.05

超额完成减重目标：MFFD的成就

到2024年底，MFFD项目不仅超额完成了其减重目标，而且与金属机身相比，成本为中性。超过40项关键技术已经完成了深入的测试和准备，这些技术涵盖了从微观层面的复合材料性能研究到创新的夹具和工具，再到先进的焊接技术等多个方面。

PART.06

未来展望：每月100个单位的CFRTP机身

MFFD的颠覆性方法可以使CFRTP复合材料机身构建速度达到每月100个单位，这是未来单通道飞机的目标区域。除了经济效益外，新型机身的先进架构、更轻的重量和更高的制造效率将有助于降低生命周期排放，这与Clean Sky 2的目标相一致。

Clean Sky 2项目和MFFD演示器展示了欧盟在航空领域实现更环保、更高效目标的决心和进展。通过这些项目，欧盟正在推动航空业的绿色转型，以实现气候中和的长远目标。

参考文献&素材来源

[1]AIRBUS.Fantastic thermoplastics.[DB/OL].WWW.airbus.com/

en/newsroom/stories.2024-10-15