本文是微信文章《空客A350 机翼壁板机身第19段整体筒 制造工艺》的配套文章。讨论了回收、生命周期评价、生物复合材料、快速通道技术、资格认证等。

（左上）数字技术是航空航天业实现脱碳目标的关键。空中客车公司正在探索天然纤维和生物树脂，作为其未来材料计划的一部分。（左下）轻型复合材料A350机翼下壁板在Illescas工厂制造，并被送往英国布劳顿，但需要新的材料和技术来满足空客的脱碳目标。

本文是2024年8月29微信文章《空客A350 机翼壁板 机身第19段整体筒 制造工艺》的配套文章，基于参观期间和之后的讨论。它着眼于空客在复合材料和循环利用方面的发展方向，包括回收、生物源材料、数字化等。

可持续性和新飞机开发

A350是复合材料飞机结构的一个新台阶（上图），但需要新技术来实现航空业的脱碳目标（下图）。

空中客车Illescas生产厂负责人莫妮卡·阿尔瓦雷斯（MónicaÁlvarez）解释说：“我们是可持续航空航天的先驱，致力于建立一个团结的世界。”这是空中客车的使命宣言。“我们希望引领一个航空脱碳的变革生态系统。”

“A350是复合材料部件生产的新一步，”她继续说道，“这得益于重量减轻和燃料消耗减少。我们还通过最新一代A320系列飞机为这一旅程做出了贡献。但为了未来的收益，我们需要新材料和更高生产率的工业系统，使我们能够快速发展，为我们的脱碳目标做出贡献。”

阿尔瓦雷斯指出：“空客目前有两个优先事项。”。“单通道窄体飞机和ZEROe短程氢燃料电动飞机的新替代品，计划于2035年飞行。”空中客车公司在其2023年年度报告中确实指出，它将对其下一代单通道飞机和第一架氢动力客机的架构做出关键决定。阿尔瓦雷斯说：“我们预计两者都会有大量的复合材料。”。因此，提升新型复合材料结构的能力是关键。例如，到2027年，目前A320/A321系列窄体飞机的产量将增加到每月75架。

复合材料的未来取决于循环性

空中客车公司材料快速通道负责人布兰卡·索斯特·乌克（Blanka Szost Ouk）表示：“让我们的飞机更轻是关键。”。“我是空中客车公司正在制定关键技术路线图的六位快速通道领导者之一，材料就是其中之一。”其他三个是电气化、自主化、互联互通、工业和人工智能。“复合材料是我们可以使用的最轻的材料之一，但它们的端到端循环性需要改进。”

作为空客多功能复合材料专家，塔玛拉·布兰科（Tamara Blanco）对此表示赞同。她的工作范围现在包括可持续性作为复合材料的关键功能。布兰科说：“我们正在关注业务的需求。”。“复合材料是未来飞机的首选材料，因为它们比铝更轻，这是满足降低燃料消耗和二氧化碳排放要求的关键。然而，为了确保复合材料是为未来选择的材料，我们需要为复合材料具有更大环境足迹的生命周期中的其他领域（即，除在役使用外）开发解决方案，例如材料生产、废物管理和寿命终止（EOL- end of life ）。我非常关注为这些领域的复合材料开发最佳解决方案。”

“我们正在研究由减少排放源制成的树脂和纤维，” 索斯特·乌克说。“但我们在伊利斯卡斯也有非常有趣的项目，在那里我们给复合材料——在这个特殊的情况下，碳纤维增强热固性预浸料——赋予了第二次生命。我们重复使用通常会被浪费的未固化材料，并用这些材料制造另一个零件，比如A350机翼下壁板桁条的填料。”

空中客车公司正在将预浸料带回收利用，制成A350机翼壁板T形长桁的填料/条料，类似于这里所示的，但使用挤压而不是3D编织纺织品。

布兰科说：“当我们研究材料时，循环经济对我们来说尤其重要，对复合材料来说更是如此。”。在CW参观空中客车Illescas期间，她指出了一个成型工作站，预浸料带卷的剩余端被放入挤出机中，将其转化为A350机翼壁板T型初晴桁的三角形填料/条料。

她继续说道：“我们必须使我们的生产废料以及EOL零件具有可回收性。”。“在这里，我们与Illescas工厂和大型土木工程公司Comsa合作，以机械回收固化的复合废料，用作混凝土材料的钢筋。”

空中客车公司监督了HELACS项目，以展示碳纤维复合材料飞机部件的拆卸和回收。

该领域的另一项举措是清洁天空2项目HELACS（飞机复合材料结构寿命终止的成本效益和可持续管理的整体流程），该项目于2021年1月至2023年12月实施。空中客车公司担任了由Aitiip技术中心（西班牙萨拉戈萨）领导的一个联合体的主题经理，该联合体包括Teruel机场（西班牙Teruel）、Centexbel研究中心（比利时根特）和英国Coseley的碳纤维回收公司Gen 2 carbon。该项目展示了拆除和回收碳纤维复合材料飞机部件的工业和环境安全方法。拆卸技术包括水射流切割和自主机器人系统，而组件的回收主要基于热解，以回收碳纤维并生产新材料。

多功能性、导电性和导热性

布兰科说，复合材料的多功能性仍然是空客的一个关键趋势。她解释说：“在A350中，从金属结构到复合材料机结构，我们必须实施不同的解决方案来处理雷击保护问题。”。因此，某些复合材料部件不仅提供了轻质结构，而且作为LSP系统的一部分，还设计了导电性。“现在，我们正在为基于新材料、设计和不同技术的下一代飞机开发增强型轻量化解决方案。”

空中客车公司正在追求电动飞行的进步，如（左上角顺时针）ZEROe燃料电池和氢动力飞

机、ASCEND超导动力总成演示器和Cryoprop电动动力总成验证器。

布兰科继续说道：“多功能性对下一代飞机来说更为重要，因为它们将更加电动。这符合国际航空运输协会、ATAG和国际民航组织设定的到2050年实现净零二氧化碳排放的航空目标。”她解释说，空中客车公司已经制定了一个能源路线图，该路线图利用了空中客车公司众多活动和产品之间的协同作用。“它包括三个正在并行研究的主要趋势：SAF- sustainable aviation fuel（可持续航空燃料）的增量开发和采用、模块化混合动力电动汽车和ZEROe飞机，这些飞机主要基于使用液氢进行推进。我们集团致力于支持这一路线图，以尽可能地将所需的功能与复合材料所能提供的轻质性能相结合。”

布兰科说：“我们优先考虑复合材料的两个功能：导电性和导热性，这对下一代飞机来说更为关键。”她解释说，这些功能是LSP和其他电气功能防止电磁危害的关键。“此外，我们正试图找到更多机会使用多功能复合材料，例如在未来飞机的防冰中。”

布兰科说，另一个优先事项是提高复合材料的导热性。“在未来的产品中，这对我们来说越来越重要，我们正在研究其他燃料系统，如氢气，这需要热管理。”她不仅指低温液氢的潜在用途，还指燃料电池的巨大热输出。“这就是为什么轻质复合材料中的这些功能是关键，我们正在为未来的产品研究它们。”

“我还想说，如果你考虑一下飞机，每个人都希望建立更紧密的联系，” 索斯特·乌克指出。“因此，对于未来的飞机，我们将需要大量的电力和电缆用于数据驱动系统，这些系统在推动越来越多的电力通过时会产生热量。因此，导热性问题还包括整个飞机的一般热量管理。”

“尽管多功能性可以成为未来电动汽车的推动者对于低碳排放飞机，从一开始就将新材料解决方案与减轻重量联系起来非常重要，” 索斯特·乌克说。“它们总是需要比目前使用的更轻。我们研究过的一些设计是可持续的，但它们并不轻，我们不能使用这些，因为这会增加我们客户操作飞机的每次飞行成本。因此，我们必须始终保持这种平衡。”

布兰科补充道：“不仅重量轻，而且循环。”。“新材料，包括多功能复合材料，需要符合我们在端到端生命周期方面的关键目标——从原材料生产到EOL战略。”

复合可持续性和数字化

“寻找平衡的循环材料解决方案越来越与数字化联系在一起，” 索斯特·乌克说。“例如，复合材料行业正在追求更高的材料数字化，这涉及以数字格式收集和处理数据，以实现更高效的存储、访问、连续性和分析。这使得我们能够以积极、可预测的方式使用信息，在从创新阶段到EOL的整个生命周期内改进我们的产品。”

循环材料解决方案越来越多地与数字化联系在一起。

她解释说，材料可持续性是空中客车公司业务交叉的几个横向路线图之一，与数字化有关。“我看到了可持续性/循环性和数字化之间的紧密联系，” 索斯特·乌克说。“事实上，我无法想象没有数字化的循环。例如，数据连续性是我们追踪零件材料历史的关键。我们也在研究数字解决方案，这将使我们能够更快地进行创新。”

碳纤维生产商东丽（Toray日本东京）在其名古屋研究中心和一种用于飞机应用的新型阻燃预浸料中宣布了这种方法。东丽正在利用材料信息学来缩短此类新材料的交付周期，并表示将把这种方法应用于飞机和其他行业新预浸料的导热性和导电性。聚合物供应商SABIC（沙特阿拉伯利雅得）也在使用这种方法，通过使用薛定谔基于物理的计算平台，在几个月内而不是几年内开发新产品。

布兰科说，空中客车公司也在采取类似的举措。“对于未来，在每个发展领域，数字化都是一个关键的推动因素。我们正在通过公司推动数字化，不仅是为了循环，而且是为了比过去更快地找到答案。”

推进可持续复合材料TRL

空客如何评估这些新的复合材料解决方案？布兰科表示：“在飞机结构研发中，我们遵循航空业使用的典型TRL-technology readiness level（技术准备水平）流程，逐步展示技术的成熟度。”。“我们通常从TRL 2或3开始，但当我们确实有较低的TRL解决方案时，我们就会依靠科学和外部社区来证明我们的可行性和应用。我们定义了明确的标准或绩效指标，并衡量技术相对于这些标准的演变。”

技术准备水平TRL

“现在，”她继续说道，“我们从一开始就对循环性有很强的标准。我们甚至在TRL 3之前就考虑到了这些标准。我们进行生命周期评估（LCA-life cycle assessment）或环境评估，以确保我们将开发出符合我们可持续发展承诺和目标的东西。”

索斯特·乌克说，这些不仅包括广义上的可持续性，还包括健康和安全。“在树脂方面，我们正在监测并已经预测到未来可能符合欧盟法规的一些物质合规要求。我们根本不会从这些领域有任何问题的材料开始。必须从一开始就清除这些问题。”

ECO-COMPASS项目

布兰科说，在那之后，开发将根据既定标准进行衡量，包括循环性和功能性。她强调：“复合材料在成本方面也需要更具竞争力。”。“我们正在努力确保为未来的飞机选择复合材料，因为它们需要轻量化。”

索斯特·乌克说，可回收性也越来越重要。“我们不仅评估了我们将开发的技术的生命周期评价，而且我们还有开发更多循环复合材料解决方案的具体项目，包括回收和EOL解决方案以及生物源复合材料。我们正在为此付出很多努力，我在这一领域有具体的项目。”

合格的生物复合材料

生物基复合材料的历史问题是，它们没有提供目前飞机所需的高性能。这只是一个长期发展的问题吗？“我们绝对不会妥协轻量化，因为对环境的不利影响会更大，” 索斯特·乌克说。“显然，我们有规格，我们开发的任何材料都必须满足这些要求。我相信，对于我们今天使用的一些复合材料，有一种方法可以找到生物来源的替代品，这可能会比目前的油基材料对环境的影响更小，但我们仍然必须通过同样的资格认证。在这里，使用人工智能和/或量子计算的计算工具将是一块垫脚石。”

空中客车公司正在先锋实验室直升机上测试生物基复合材料。

布兰科举了一个例子。“我们将在直升机上测试一种生物基碳纤维，作为替代当前碳纤维复合材料的直接解决方案。这种材料来自木材废料，我们的目标是在碳纤维生产中具有相同的性能，但二氧化碳排放量要低得多，因为它来自生物来源，而不是目前基于石化的聚丙烯腈前体。这种纤维现在已经在我们的直升机飞行实验室中飞行。因此，我们正在证明我们可以从生物来源获得树脂和纤维，首先看纤维，并证明其性能与当前材料相同。”

索斯特·乌克说：“如果我们考虑生物基材料，比如来自蓖麻的PA11，与石化基聚合物相比，其性能有点弱。”。“因此，我们必须开发替代品。但我认为这些类型的解决方案可以借助数字技术，这将加快我们在未来几年找到解决方案的能力。我们空中客车公司在这一领域非常活跃，不仅做实验工作，还用最新的创新技术支持计算。”

作为供应链向前发展

随着实现这些可持续发展目标的努力不断加大，索斯特·乌克还指出，空客是最终用户，“因此我们非常依赖材料供应商。我们需要与他们更密切地合作，他们必须对我们更开放地了解所有这些聚合物和材料配方，因为它们实际上必须改变其当前的化学成分。”她补充说，空客确实在推动整个供应链的这种合作。“即使在采购方面，我们也在努力支持和指导我们的复合材料供应商，如果他们能向我们展示材料的可追溯性和循环性，我们将在优先级方面给予更多的重视。为了找到航空业所需的解决方案，我们需要共同努力。”

布兰科说：“我们必须降低生产过程中的碳足迹，不仅是零件，还有树脂和碳纤维。”。“这是一个巨大的挑战，但对于降低生命周期评价中的这些影响、使复合材料在未来飞机中的使用增加以及实现空客的脱碳目标是必要的。”

------ 完 ------

原文见，《 Airbus works to improve the life cycle of composites in future aircraft 》 2024.8.28

杨超凡 2024.8.31