據spiritAeroSystems公司網站2022年刊文，當你看飛機時，你首先想到的是什么？先進航空裝備是“時間膠囊”，里面承載著一代人最新、最偉大的想法。那么，當對飛行的未來進行展望時，人們希望下一代飛機能夠展示這個時代的哪些特質？更輕、更快、且更可持續是必須要不斷追求的。使用先進的結構熱塑性復合材料讓新一代航空裝備獲得這些特質的一種解決方案。但由于缺乏合適的設備、契機和研發重點，熱塑性復合材料目前無法在整個行業中充分發揮潛力。

下一代制造工藝的開發，如自動成型、材料鋪放和焊接，必須實現工業化，以使熱塑性復合材料在大規模航空航天制造領域廣泛投入應用。斯普利特航空系統公司正在朝著這一目標努力，致力于將熱塑性復合材料帶入電動垂直起降飛行器（eVTOL）和可消耗無人機等新市場，同時為傳統熱塑性復合材料航空結構的發展奠定基礎。

為什么熱塑性復合材料在航空航天中很重要？

鋁和鋼等傳統金屬占飛機生產制造過程中材料用量的70%。但市場對更輕質、更高效的飛機需求正不斷上升。在減輕飛機重量的熱固性復合材料方面，研究人員已經擁有豐富的專業知識，隨著行業發展，熱塑性復合材料也逐漸成為研究重點。兩種類型材料都使用碳纖維增強聚合物的高比剛度和強度來設計更輕質、更高強的飛機。

目前，熱塑性復合材料正取代各類應用中傳統材料，通常應用于較小的零部件。在較大的部件中使用熱塑性復合材料，如縱梁、框架、艙壁和機身蒙皮板等，航空裝備減重效果將非常顯著，整個行業也會極大受益。斯普利特的目標是在可以實現自動化高速制造的領域成熟使用熱塑性復合材料，這意味著能夠在非常短的周期內反復實現熔塑、成型和固化過程。

熱塑性復合材料將如何支撐下一代飛機發展？

熱塑性復合材料已明確可以在三個關鍵領域得到最佳應用：新一代常規飛機、可消耗飛行器和城市空中交通（UAM）飛行器等新興市場。每個領域都需要輕型、高性能的飛機，而熱塑性復合材料制造的零部件易于生產、成本低廉且堅固耐用。

-常規飛機。下一代常規飛機（主要是新一代單通道窄體民用客機），需要優先考慮減少排放和節省燃料成本，同時兼顧制造成本降低，需要使用能夠減輕重量、經濟實惠、易于回收且保證質量的材料。

-可消耗飛行器。可消耗飛行器是國防領域的戰略發展重點，這類飛行器往往是無人駕駛的，旨在輔助載人飛行器執行冒險性任務，規避人身風險。因此這類產品需要生產制造首選關注成本效益，這樣才能在挽救飛行員生命的同時犧牲它們，不會造成較大的經濟損失。

-城市空中交通等新興市場。一些新興市場，如城市空中交通飛行器，將與如今制造和生產飛機的方式大不相同。熱塑性復合材料及相關工藝技術的發展可以輔助其快速周轉，實現這類飛行器的大批量制造。

熱塑性復合材料性能如何滿足項目需求？

充分研發材料使得其性能滿足裝備需求需要經過多年的發展。掌握復雜制造過程中所需的專業知識使整個行業都將面臨巨大挑戰。斯普利特公司已經優先考慮了熱塑性復合材料制造領域的流程改進。通過研發，斯普利特公司正在尋找創造性的方法使熱塑性復合材料成為更常用的材料。

此外，斯普利特公司目前正在繼續開發熱塑性復合材料相關技術，以應對未來的應用需求。其中一些功能包括：

-自動纖維鋪放技術(AFP)。作為世界上最大的自動纖維鋪放機用戶，斯普利特公司正在將此項功能應用于熱塑性復合材料絲束的高速鋪層。這種高效的制造技術降低了成本并能夠實現大規模制造，生產出更具成本效益的結構。斯普利特公司近期采購的熱塑性復合材料自動纖維鋪放頭是同類產品中的首個，這款產品展示了斯普利特公司利用自身的技術專長來提高熱塑性復合材料的制造能力。

-熱塑性復合材料感應焊接技術使用線圈和高頻交變磁場在導電增強材料中感應渦流以產生熱量。通過這種工藝，熱塑性復合材料部件在加壓條件下融合在一起，形成一個一體化的“粘合”組件，且無需額外材料，如粘合層中的粘合劑等。這項技術通過在沒有緊固件的情況下連接零部件實現飛機減重，并能夠允許更快速的部件組裝生產速度。斯普利特公司在2020年美國復合材料制造商協會(ACMA)熱塑性復合材料分會上展示了飛機前輪艙隔板組件，該部件顯示了大型復雜幾何形狀自動纖維鋪放熱塑性復合材料制造能力，同時還采用了斯普利特公司專有的感應和電阻焊接技術進行的裝配。

-大規模復雜結構成型。為了最大限度的利用好高速焊接，組件必須兼容熱塑性復合材料。斯普利特正突破傳統的熱塑性復合材料沖壓成型的規模和復雜性極限，并探索用于成型具有可變橫截面的高縱橫比零件的替代方法。斯普利特正在開發的復雜沖壓成型零件，其典型件就是利用鋪層遞減和絲束牽引技術制造的機身框架部分。

如今的飛機全身都充滿了歷史的智慧。每架機器，從軍用直升機到商用噴氣式飛機，都是行業內最偉大的頭腦設計誕生的。得益于熱塑性復合材料等創新技術，目前的飛機正在努力改變外形設計，使其比以往任何時候都更好、更輕。熱塑性復合材料在航空航天領域的故事才剛剛開始，目前仍然需要更精湛的工藝才能使這種材料在航空航天制造領域變得更加通用。在當前的飛機設計與制造過程中，斯普利特公司認為是時候優先考慮熱塑性復合材料的開發，使得最新一代飛機所具備的先進功能和想法得以實現。（來源：航空工業信息網，陳濟桁 摘自 spiritaero公司網站）

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