1导言和框架

CS2（CleanSky2）平台2分为4个项目/演示：

• 多功能机身演示器/MFFD（MultifunctionalFuselage Demonstrator）
• 通过应用演示具有工业方面的集成、低成本典型机身热塑性塑料机会，使用高度预安装和模块化;
• 客舱和货物功能
• 展示高度集成客舱的重量、经常性成本和交付周期效益为自动化而设计的元件;
• 中机身下部
• 从设计到制造的复合材料新型中机身演示改进;
• 非特定交叉职能
• 创新材料、自动化工业手段、虚拟工具和测试的开发2号平台演示技术。

本文中，欧洲联盟的领导人和合作伙伴讨论并强调了他们的主要为该计划的成功做出贡献的成就。

2多功能机身演示器

多功能机身演示器（MFFD）代表了典型的单通道乘客飞机机身部分。长8米，直径4米，目标是进一步证明热塑性复合材料在减轻结构重量方面的潜力、经济竞争力提高、生产率提高和生态贡献目标，如回收或减少燃料燃烧、废物和温室气体在这种情况下，热塑性复合材料的使用结合了碳纤维增强聚合物（CFRP）在轻质设计方面的优势和制造方法，这是环氧基热固性复合材料所不具备的。

2.1概述

多功能机身项目的目标是通过大规模综合演示使下一代商用飞机的技术成熟和验证，一方面为实现环境目标铺平道路，另一方面使欧洲航空航天业能够通过大幅降低经常性成本和重量以及提高70至100架飞机/月的生产率来为未来做好准备，这可以满足不断增长的航空运输市场。

多功能机身演示器（MFFD）成立于2014年，是一款旗舰演示器，用于交付典型单通道客机的大型部件。研究的关键要素是使用预装模块和热塑性复合材料制造机身结构的新机身概念，实现创新制造，如高速成型CleanSky2/CleanAviation大型客机，以实现更可持续的机身技术工艺，注塑和组装技术，如通过焊接实现无尘连接。

 

图1.多功能机身演示器/MFFD

在接下来的章节中，将提供有关演示中的主要技术的见解MFFD由欧洲合作伙伴网络提供，并由空中客车公司整合。关键要素是：

• MFFD构建的概念，其特征是2个半壳：上机身和下机身外壳。系统安装的半壳预处理/装备和模块化，允许并联机身组件的设计缩短了未来产品的交付周期。
• 选用热塑性复合材料，实现创新制造和热塑性塑料焊接等装配技术。各种焊接技术已经在不同的机身应用中进行了研究和成熟，强调了其关键作用.用于复合材料机身的“无尘连接/组装”。LM-PAEK已被选为使用热塑性复合材料。在试片水平上的机械特性表征显示，与热固性参考复合材料相比，具有断裂韧性和损伤容限优势。
• 将讨论一种新的货舱门概念，提出一种基于机电创新锁扣原理。
• 主要部件装配（MCA-majorcomponentassembly）中上下机身壳体的结合空间站生产了多功能机身演示器的机身，其中包括两个纵向接头的创新设计以及两种不同的焊接技术将比较：超声波焊接用于搭接，激光焊接用于对接带设计。
• 开发了创新的机舱功能，并将“皇冠模块-CrownModule”集成在MFFD中，以便在验证和验证活动之前实现较少的机体定制概念。
• 关键绩效指标（KPI-Keyperformanceindicators）为了更好地理解性能数据的关键驱动因素，在空中客车支持的合作伙伴工厂的制造和装配技术成熟过程中，关键性能指标（KPI）一直受到密切监测。减重将是MFFD技术的关键贡献，以实现CS2环境目标，即减少20-30%的二氧化碳排放量，同时将评估速率能力，以确保竞争力。
• CS2中成熟的技术将在后续项目中得到进一步发展，例如。CleanAviation是2050年的航空业实现气候中和的重要举措。

上述所有点都是这样一种观念的一部分，即只有在设计阶段在结构、机舱和系统之间进行强有力的互动，才能取得进展。掌握具有挑战性的雄心壮志，多学科方法是必不可少的。

 

图2.实现目标的跨学科方法

2.2基本组件

AERnnova开发了四种不同的技术流，目标是实现TRL4/TRL 5新型热塑性材料LM-PAEK的地面演示器。这些活动是为货舱门周围结构（cDSS--CargoDoor Surrounding Structure）中的选定结构组件，锥形对接带（BUSTI-TaperedButt Straps）和联合机身面板，包括静载荷测试验证，以及上壳体长桁。

货舱门周围结构（cDSS）

该技术流包括模具设计和制造、实际零件制造和焊接。这项工作是由AERnnova开发的，主要是在其附属机构内
AERnnovaCompositesIllescas，ACI与CFP的提案征集合作伙伴合作，焊接活动的DEWTECOMP。考虑了多种几何形状来探索不同的制造工艺。采用冲压成形技术获得了最佳结果。

上壳体长桁

这些长桁为Z形横截面，长8米，既直又有缓弯。活动包括模具开发、设计和制造以及实际零件制造这项工作是由AERnnovaACI开发的。该流中成熟的关键技术基于连续压缩成型。

锥形对接带（BUSTI-TaperedButt Straps）

这些结构组件，即扁平锥形带，需要焊接和连接上部和下部半机身外壳。模具设计和制造以及带子制造是主要工作。这项工作是由AERnnovaACI开发的。

机身面板和测试

这些组件的整个过程已经完成：材料筛选表征、应力计算、尺寸和零件设计、模具设计和制造、实际零件制造和组装以及结构测试。长桁的冲压成型在框之后，对壁板板进行了一次原位共固结。这些零、组件开发是由AERnnova工程部、AE、ACI和FIDAMC与CfPDELTA（元件）合作完成用于测试。模具开发是机身面板项目成功的关键因素。热塑性机身壁板的原位共固结提供了实验证据能够满足典型增压机身部件的静强度要求。

 

图3. 机身曲面板试样

2.3MFFD上壳体整体框

空中客车飞机结构公司（ASA）和 PremiumAEROTEC （PAI）有强烈的动力进一步开发制造概念，以生产由 CS2范围内的UD-CF带材（TC1225/ T700 “LM-PAEK”，面重为194gsm，由TorayAdvanced Composites 提供）制成的热塑性（TP）整体框架。最大的驱动因素是，与用于固化热固性框的数小时热压罐工艺相比，成形周期缩短了约6分钟，并且由于整体设计，将框架整合到机身外壳中的装配工作量也减少了，这导致了大量附加部件的减少。ASA和PAI成功地将其他研究项目中获得的知识（专注于TP单向整体框架的冲压成形）转移到一个令人满意的稳健概念中，该概念通过应用电阻焊接工艺为奥格斯堡的DLRZLP提供了MFFD上壳的框架，首次实现了集成。主要地，TP整体框架的制造概念设置下：

• 预成型件是通过应用自动纤维铺放（AFP）制造的其中8条宽度为¼英寸的UD纱带通过转向头平行铺设。铺放速度选择0.2m/s，并将激光功率设置为达到380℃-400°C的铺放点温度。这项工作是与奥格斯堡的弗劳恩霍夫IGCV合作进行的。
• 对于冲压成型工艺本身，使用由1.2312硬化工具钢制成的刚性上下成型工具，这些工具可以通过加热盒加热到200°C，以便在压制保持阶段允许适当的材料结晶。此外，通过调整工具表面，可以补偿此类CF-TP整体框的弹性变形。
• 根据材料供应商发布的指南对AFP预成型件进行预干燥，确保避免临界含水量。之后，将预成型件安装到通过铝保持条的保持框。然后，这个固定架可以从红外炉线性转移，在那里将框预成型件加热到加工在将其移动到下成型工具上方之前，温度约为390°C（图1，左）。当压机关闭时，对零件施加约350巴的压力120秒。
• 最终NC轮廓修整后，通过超声波检查检查零件质量。
• 从技术角度和潜在的应用来看，需要进一步研究和改进的主要问题是在AFP工艺中提高层压率，以及一种能够形成厚度变化的完整框稳健的冲压成形的概念（这不在CS2活动的范围内）。

 

图4. 在主动红外炉中熔融的框预制件到达Tm（左）和准备组装的整体框（右）

总共为MFFD上壳体制造了200多个热塑性整体框。具有不同半径、厚度和表面层的相关项目。空中客车公司为了实现负载优化设计，需要厚度斜坡，从而实现内部的轻量化目标。不同的厚度具有不同的半径，以尊重成形能力和限制材料。一些整体框必须通过玻璃纤维表面层进行电气绝缘，以防止铝制部件的腐蚀。制定了适当的策略，使用AFP工艺并调整KPI的相关预成型件。新的铣削概念和刀具用于修剪大型零件，以实现最大的几何精度。最后，28个整体框已交付MFFD上壳体进行组装。

2.4 MFFD上壳模块

采用原位固结的先进纤维铺放技术（AFP）已经达到了成熟水平，现在用于制作MFFD上壳的蒙皮。利用TC1225UD胶带，该过程实现了在应用过程中完全整合，消除了对真空装袋、烤箱或热压罐等额外设备的需求。奥格斯堡的DLR-ZLP制造了MFFD上机身蒙皮。141公斤的胶带被精心放置，相当于52.7公里的½英寸宽纱带。然而缺少二次固结阶段提高了程序的要求。任何间隙或在放置过程中出现的空隙在应用后无法纠正。这不仅影响最终层压板的固结质量也会影响表面光滑度和温度在整个安置过程中进行监管AFP与原位固结的复杂性揭示了，各种工艺参数之间存在显著的相互作用，包括温度、压力和机器人末端执行器速度。这些因素直接影响胶带固结后的厚度和宽度，称为固结带宽度（CTW-ConsolidatedTapeWidth）。胶带彼此对齐用于激光功率闭环控制的热成像也取决于这些参数。在该项目中，德国航天中心推进了一种名为“胶带放置传感器-TapePlacementSensor”的在线检测系统整合到AFP末端效应器中。该系统监控并记录任何出现的间隙和重叠。在生产过程中，确保整个过程的精度和质量。

在生产过程中，确保精度和质量始终如一[20].通过使用焊接桥头的自动定位系统，实现了所有44根横梁的自动对齐。随后，通过超声波点焊在500毫米的间隔处固定横梁。为了抵消点焊时外壳的弹起效应，在末端执行器上安装了额外的压印，以确保焊接过程的重复性。该过程还涉及基于摄像机的路径校正的全自动机器人连续超声波焊接横梁，确保在横梁边缘进行精确焊接。结构的焊接以1.44米/分钟的净焊接速度进行，相当于每根横梁的净焊接时间为11分钟。

空中客车航空结构公司（ASA）和PremiumAEROTEC（PAG）使用AFP，随后进行压制成型和最后铣削制造了整体式框、框连接角材、角片（cleats）。电阻焊在集成整体框的上壳体组件中起着至关重要的作用。这一决定是由以下因素推动的：机械性能、弹性工艺特性、焊接接头的一致再现性，以及其可访问性所带来的实际可行性。

一种定制设计的焊接夹具，称为焊接桥，促进了C形框/整体框的集成，共有730个焊缝，以及使用电阻焊接的12个框连接角材。该工具用作定位角片和集成框和框连接角材的中心装置。

由于蒙皮、长桁和框的公差，无法对300个待焊接角片的位置进行精确编程。为了应对这一挑战，设计了一种将工业机器人与协作机器人相结合的系统。装有力矩传感器的协作机器人，引导安装在工业机器人上的电阻焊接末端执行器。包括加热和冷却阶段，角片与框焊接都在大约40秒内完成，每次焊接大约需要3分钟，包括机器人移动和从刀库中取出角片。

 

图5. MFFD上壳生产：现场铺皮（左上），连续超声波长桁焊接（右上），框架电阻焊与焊接桥（左下）最终MFFD上壳体部分（右下）

2.5MFFD下壳模块

下壳模块由STUNNING财团建造，该财团由以下部分组成合作伙伴：GKNFokker、荷兰皇家航空航天中心（NLR）、代尔夫特理工大学（TUD）、SAMXL和迪尔航空。STUNNING项目和财团得到了几家公司的支持CfP项目：TCTool、ECOCLIP、MECATESTERSTORNADO、MISSION、EMOTION和MAYA。

下半部分的设计

机身的材料选择由空中客车公司完成。东丽CETEX®TC1255/PAEK热塑性材料用于机身下壳的所有复合材料零件。在项目开始时，决定将机身斜分割改成水平分割。

对于下半部分，这意味着设计由一块厚度不同的蒙皮组成，裹住乘客地板。蒙皮用欧米茄长桁加固。十二个框通过每个长桁位置上的马鞍形连接件连接到蒙皮。框与货物地板梁形成一个子组件。使用钛3D打印（AM-additive manufactured ）制造的连接支架，连接框的3个部分。

地板结构由12根地板梁组成，通过座椅导轨和L型型材相互连接。通过能量吸收器连接的Z形支柱与框连接。这个X桨叶将地板的前向载荷（DOF）分配到下壳体的长桁上。模块并最终进入下机身蒙皮。

几个系统（电气、水、空气、燃料）作为预组装模块安装在演示器。电气系统演示器由9个电气单元组成（由MISSION）和几个接线组件。系统安装是通过使用现有的结构或通过特定设计的支架。大多数系统安装在地板结构中，从而可以将设备齐全的地板作为模块安装。

在货舱门开口周围，由空中客车公司人员设计了一个单独的货舱门周围结构（CDSS-cargo door surround structure）。

MFFD下半部分的零件制造

由于机身设计更改为水平分割，迪尔（Diehl）的大部分工作（机舱）不能再集成在下半部分。迪尔（Diehl）将他们的演示器零件添加到MFFD在汉堡ZAL交付时。迪尔（Diehl）开发并制造了热塑性侧壁夹芯板（见图6，左），热塑性内板结构夹（通过MAYA项目）和集成多系统零件。侧板采用粉末化和红外场加热的压制技术制成（图6，右）。

 

图6. Diehl热塑性压机上的压制侧壁板（左）和压制面板（右）

NLR通过激光自动纤维铺设（图7）和高压釜在阴模中固结的方式制造了下半身皮肤。在模具中固结时，在龙骨处连接了两个90度的带有斜面/锥形形状的零件，这些零件是在项目EMOTION提供的模具中完成的。

 

图7. MFFD下蒙皮90°部分的自动纤维放置（左），在NLR用于MFFD下部蒙皮加速的长桁（右）

MFFD下半部蒙皮以净尺寸交付给SAMXL的最终装配车间。长桁由Xelis交付，采用连续压缩成型技术制造。在NLR纵向连接条带必须覆盖蒙皮连接处（图7）。

马鞍形连接件是由ECOCLIP财团交付的短纤维注塑成型。C型框由GKNFokker使用插接（butt-joint）技术制造。预成型地板梁是GKNFokker通过激光自动纤维放置制造的，并在热压罐中固化。座椅导轨由空中客车公司交付。框零件件的连接支架使用通过线激光金属沉积钛的增材制造（AM）制造。GKNFokker还进行了AM和最终加工。终加工。

GKNFokker使用的扁平固结层压板进行压制成型制作了X型桨、货物、垂直和侧支柱、串联夹、L型型材和座椅导轨支架。货舱地板梁由Xelis采用连续压缩成型工艺制造。

机身下半部分的分装和总装

几个子组件被交付到位于SAMXL的最终装配线。

框架子组件：在GKNFokker，3个框零件和货物地板梁，由钛AM连接部件连接。货舱支柱、货物地板梁和中间框架零件（图5）均采用传导焊接。这些共同构成了框架子组件。

地板梁子组件：在GKNFokker，地板梁带有垂直和侧支柱通过传导焊接连接（图5）。座椅导轨支架用导电焊接到地板梁上。

集成系统模块：在GKNFokker布线设施中，所有线束、系统并将管子组装成模块。

 

图8. MFFD下蒙皮模块通过传导焊接进行的子组件（左）所有马鞍形连接件均通过超声波点

焊到带有桁条的蒙皮上（右）

在总装线旁边是地板梁子组件、座椅导轨和集成系统模块被组装成地板网格模块。因为这些系统已经是这个地板网格的一部分模块，机身的大部分已经预先装备好了。下部的最终组装半演示器从构建蒙皮模块开始，现有蒙皮、桁条和马鞍形连接件（图9，左）。TCTool项目的工具结果用于定位下蒙皮并自动放置长桁并进行超声波点焊（由SAMXL执行）。长桁的焊接由GKNFokker使用传导焊接完成。GKN完成了框、马鞍形连接件的定位Fokker配备了一个专用夹具，该夹具位于每个机架上。与合作TUD、SAMXL通过超声波点焊将马鞍形连接件与长桁焊接在一起。框架子组件被定位在焊接夹上，并由SAMXL进行超声波点焊（图9，右）。

 

图9. MFFD下壳体模块，所有框架均超声波焊接到马鞍形连接件上（左），将组装好的下半部分吊出焊接/组装夹具（右）

GKNFokker安装货舱门周围结构下部后可以安装配备的地板格栅。已建立地板网格与框架的连接使用GKNFokker的传导焊接。在这个阶段，X桨叶之间的连接也是与蒙皮和地板网格进行了传导焊。MECATESTERS项目得到了焊接试样试验活动和TORNADO项目在评估脱粘中的支持脱粘制动特性（DAF-DisbondArresting Features）。

货舱门周围结构的最终组装是使用传统的紧固件和由GKNFokker开发的Cobot钻孔技术支持。货舱门铰链安装了特殊的夹具，以确保铰链线位置正确。

将下半部分演示器从装配夹具中取出后，进行了一些最后的工作。

MFFD下机身模块结论

如图10所示，建造这个全尺寸的演示器加速了许多新产品的成熟技术，并为验证和测试提供了一个框架。开采各种成熟的技术将集中在机身、机翼和尾翼的零件上。所有技术都为展示全新的先进机身做出了巨大贡献与下一代客舱货舱架构相一致的结构概念，包括相关飞机系统。

 

图10. 交付到机身段演示器的MFFD下壳体模块

2.6MFFD主要部件组装

MFFD的主要部件装配（
MCA-MajorComponentAssembly）过程是使用PARAMONT进行的装配研究装置，在之前的飞机装配研究项目中开发，现在针对MFFD进行了进一步优化（图11，左）。该设置允许高度自动化的处理全尺寸机身段。它拥有配备末端的线性轴上的工业机器人装配过程的执行器和几个并联机器人运动学（所谓的六足机器人）机身结构的处理。通过他们的真空夹持器末端执行器，六足机器人能够操纵MFFD的大型机身外壳结构。高精度，激光跟踪器的实时测量支持自动定位。

 

图11. 机身段总装下架后，停放在弗劳恩霍夫的厂房（左）。MFFD的机身段准备运往ZAL进行上下模块纵向焊接

MFFD包含两个纵向接头。为了能够比较不同的接头设计演示器的左侧接头是对接带接头，而右侧接头是搭接接头。左侧较复杂的对接带接头几何形状是必要的，因为客舱门该区域的加强会导致蒙皮厚度变化，可以通过这种特殊的接头来设计处理。在右侧，蒙皮厚度是恒定的，允许不太复杂的搭接设计。采用CO2激光焊接工艺连接左侧纵向焊缝。激光束通过线性轴和高精度反射镜系统进行引导。激光焊接可用于实现高工艺速度，而不会在部件中引入显著的热变形。这个左接头代表了所谓的对接带设计，其中放置了几个条带在上壳体和下壳体中的相应轴上。这些宽度各不相同，最长可达四米长。条带两侧的间隙用基质材料（热塑性材料）填充不含碳纤维，以避免焊缝中的水分积聚。此过程是由间隙执行的填充端部执行器，其在沿着纵向接头的线性轴上被引导。超声波焊接被用于不太复杂的搭接接头，以开发和演示一种快速、高度自动化的高生产率的焊接工艺。在超声波焊接中，振动被引入超声波焊极产生动态剪切应力，然后将其转化为热量。然后在额外的压力下将热塑性塑料蒙皮连接起来。由于超声波焊接是一种成熟、快速、非常节能的技术，是一种高效的过程这是可能的。焊接纵向接缝后，上下壳体的框必须用所谓的框连接角材连接。电阻焊用于框连接角材的连接，可以焊接不同几何形状的框连接角材。左侧和右侧采用相同的技术。热量是由在焊接过程中，电流通过插入件（电阻加热）。过程快速、易于控制，在焊缝中产生均匀的温度分布，并且可以易于应用于大型结构。超声波和电阻焊接工艺由WELDER项目合作伙伴执行。

机身段内部的刚性夹具用于吸收热塑性焊接过程中的高载荷，从而减轻了机身段本身的载荷。在夹具上安装了所谓的内部定位器，它们支撑了焊接过程中的精细定位，并吸收了力。焊接压力在焊接过程中由焊接末端执行器从外部产生，该执行器将机身壳体压在内部定位器上。

大型组件装配（
MCA-MajorComponentAssembly）的成功极大地促进了MFFD的成功，特别是通过应用创新的热塑性焊接技术，如激光、超声波和电阻焊接，以及通过自动化技术进行高度精确的测量和定位，实现了可持续飞机制造的高精度和高效率。

2.7货舱门

萨博的工作始于2018年，目标如下：

• 两个货舱门的集成和演示，分别在单通道飞机机身和MFFD中进行；
• 展示用于货舱门装配的柔性轻质装配夹具关于这些目标，萨博选择合作的技术亮点如下：
• 机电驱动：无手柄的升降、门锁和锁定
• 机身内带锁和门锁机构的新型货舱门设计
• 新型传感器（代替物）
• 灵活的可重新配置装配夹具
• 真空输液制造工艺
• 增材制造的热塑性塑料模具

三轴复合材料的复杂成形

2021年，金属TD4货舱门完工并运往德国安装在单通道飞机机身演示器中。它与完整的操作机电锁扣、锁和升降系统（图11，左）。TD4货舱门在柔性装配夹具中组装。

至于TD5，其初衷是采用集成框的复合树脂注入骨架没有按计划成功，门是用预浸料生产的，仍然使用相同的固化工具以及三轴叠层。柔性轻质装配夹具也用于复合材料货物门，只是因为门变小而进行了修改，因此萨博实现了前面描述的两个目标，但必须降低无法交付货物门的风险，这意味着要改为预处理在热压罐中固化的材料。

TD5演示器的结果如图11（右）所示，该演示器于2024年3月运往德国，该设备于4月安装在MFFD中。它还成功地与机电系统一起进行了演示。

 

图12. 安装在单通道演示器（左）中的金属TD4货舱门，复合材料TD5货舱门安装在柔性装配夹具中（右）

2.8 MFFD总结

MFFD联盟由来自工业和研究组织的11个主要合作伙伴组成，并得到以下机构的支持来自学术界和中小企业的更多合作伙伴已经成熟并验证了40多项技术；

下一代商用飞机的砖块。尽管存在部分竞争，但所有技术为了更好地评估其潜在应用，我们选择了它们。

多功能机身演示器提供了关于未来飞机如何飞行的广泛知识考虑到广泛的应用范围，可以设计和制造热塑性塑料结构非常不同的功能，如承载、客运和货运，以及对各种各样的电气、机械、气动和液压系统。这些都是成本和重量驱动因素的一部分，需要从制造和操作角度来考虑。MFFD项目中展示的技术砖已经提供了很多更好地了解热塑性复合材料作为机身主要结构的材料。

在项目结束时，所有这些都是通过项目合作伙伴，共同研究概念、技术砖及其成熟度，生产零件和装配。这种方法被应用于预装的下壳体，包括地板模块和上壳体、基本部件、新型货舱门演示器，最后通过整合机舱顶部模块。

MFFD现在代表最大的热塑性民用飞机部件，这些部件反过来又用这种材料建造了最大的客机机身研发演示器。凭借基于新型连接技术和自动化技术的广泛设计解决方案、制造和装配概念，MFFD的工业合作伙伴能够选择最合适的适当的技术，以实现未来航空所需的性能改进和生态足迹减少。

 

图13. 完工的多功能机身演示器-MFFD在汉堡应用航空研究中心

3客舱和货物功能

客舱和货物研发演示器一直致力于集成和测试下一代大型客机客舱和货运功能和技术的产生。一些较小的试验台和部件演示也是该计划的一部分，证实了假设并证明所开发技术的技术成熟度。图13显示了所研究技术的一些专用示例。

 

图14. 客舱和货运技术示例：可定制的乘客服务单元

（a）平台概念

（b）内衬和帽架的自动安装技术

（c）通用机舱接口

（d）环保消防

（e）节能机舱

（f）印刷、电气

（g）目标是为许多技术实现高达6级的技术准备水平

这些是未来客舱和货运的关键推动因素。

这些措施包括：

• 赛峰可定制的乘客服务单元（PSU-PassengerService Unit），功能得到改进。这个该技术已达到TRL4；
• 空中客车公司提出的新平台概念，旨在大幅减少定制机身可在机舱侧进行定制。这应通过减少接口来实现机身、模块化和标准化（结构和机舱的“解耦”）。这个该技术已达到TRL6；
• 空客通用客舱接口，或优化的电气和机械架构通过Multi-ATA章节了解系统组件。该技术已达到TRL4；
• 空中客车公司的环保消防系统，不含哈龙(halon)，位于货舱。该技术已达到TRL6；
• 赛峰集团通过燃料电池技术实现的能源优化座舱该技术已达到TRL4;
• 内衬和帽架的特定自动化安装技术，可实现更快的机舱和货物运输弗劳恩霍夫的组装。该技术已达到TRL5；
• 空中客车公司的印刷电气技术，作为取代由以下材料制成的专用线路的解决方案通过开发“打印”数据和电力线的技术，以最小的成本实现多条电线定制工作。该技术已达到TRL6；

4中央机身下部

主要目标是介绍制造（包括基本零件的生产和组装）在早期设计阶段的核心。这是为了确保与低成本和高产能的兼容性目标。

在主要结构上，该项目侧重于取代历史“紧固林-fasteningsforest”的可能性通过简单的销钉/凸耳销型接头，可以在子组件级别进行干净快速的组装。

座椅导轨和中央翼盒/主起落架舱结构之间的连接也提出了同样的原理。最重要的是，它还允许减少接口数量，从而减少组装时间。

对于子组件的生产，重点是使用低成本工艺的能力用于基本零件和装配。设计必须与这些约束相匹配。下面，根据这些目标提出的建议：

 

图15. 用于低成本制造基本零件和组件的中央机身下部技术示例

该项目允许将现有的思维模式限制推向其他界，在这些边界上，制造业如果在早期架构中进行集成约束对整个产品是有益的设计阶段。

5非特定交叉职能

非特定交叉职能的工作侧重于材料和工艺、测试开发和预测性虚拟仿真，以支持平台2的要求演示件以及未来的飞机开发和运营。这项工作的三个方面是这里描述了：疲劳数字孪生、结构健康监测和详细的实验热塑性材料的表征和模拟。

航空公司面临着高昂的飞机运营成本，部分原因是机身结构的维护。空中客车公司正在研究能够提供使用监控和结构维护优化的解决方案。有前景的解决方案是下文所称的疲劳数字孪生。FatigueDigital Twin的全球目标是通过利用飞机上的飞行数据记录仪记录的数据来优化维护计划。

为每个飞行记录的飞机数据可以通过各种工程模型（载荷模型、应力模型、寿命模型等）进行处理，以评估实际飞机使用与认证定义的理论飞机使用之间的差异。由于需要处理的数据量很大，因此需要使用机器学习算法来实现高性能，这是“标准”方法无法实现的。对于应力模块，本项目开发了载荷到应力传递函数（LSTF-Loadsto Stress TransferFunction），以处理载荷定义并在关键机架位置评估相关应力。LSTF确定飞行中每一时刻的应力，该输出结果可用于根据单个飞机的实际使用评估疲劳和损伤容限（F&DT-fatigueand damage tolerance）行为。使用此评估结果可以完全优化结构维护计划。

 

图16. 疲劳数字孪生概念的示意图

空中客车还开发了创新的工具，以减少结构测试和飞机运行时对飞机结构的检查时间。开发了一种超声相控阵传感器（USPA-ultrasonicphased arraysensor），用于疲劳起始部位的裂纹检测，用于结构健康监测。传感器将永久安装在需要定期检查裂缝位置的金属结构上。通过对传感器的检测，可以方便地对该区域进行检查。对于测试结构而言，这将节省时间，从而减少交货时间和成本。对于在役人员，计划的维护时间和成本将会减少。这项工作涉及开发超声波相控阵列，以满足在飞机上安装的检测、环境和耐用性要求。为了最终优化传感器设计，在成功进行环境和耐久性测试之前，完成了大量关于缺陷检测概率的测试。

ONERA在该项目中的活动包括对热塑性基质复合材料。在ONERA进行了广泛的测试活动，以表征由碳纤维和热塑性基质制成的TC1225材料的机械性能。首先，对不同90层厚度的交叉层压板的拉伸试验进行了分析，以确定损伤的开始对层厚度不敏感（与碳/环氧材料不同）而损伤动力学随着层厚度的增加而增加（如碳/环氧材料）。此外，对[±45]s层压板进行定期卸载的拉伸试验，使我们能够研究深度—这种材料与热塑性基体固有的塑性。层间剪切强度使用分析模型和有限元模拟以及S13R对试验进行了分析,S23R强度是从分别在单向层压板和准各向同性层压板。最后，确定断裂韧性，分层进行了传播测试，如DCB、ENF和MMB。确定的断裂韧性与经典的碳/环氧树脂基质相比，其含量极高，可以解释特定的横向裂纹损伤模式。经过准静态试验、冲击试验，在不同的中等冲击下,在ONERA对两种不同的材料进行了冲击试验后的压缩准各向同性层压板，以评估冲击损伤机制对残余损伤的影响性能（刚度和强度）。最后对多层CT和CC试样进行了分析，考虑到两种不同的尺寸，为了估算相关的断裂韧性纤维在拉伸和压缩时都会失效。此外，在层尺度上，材料行为使用Onera渐进式失效方法进行建模，该模型最初是为环氧树脂开发的基体复合材料，并在本研究中进行了扩展，以考虑这种复合材料的特性材料。与实验数据的比较非常一致，非常有前景。

6结论

空中客车公司在10年的大型客机项目平台2交易中发挥了领导作用结合下一代单通道商用飞机的创新机身技术飞机。该项目由欧洲清洁天空2号公私合营企业资助该联盟由14位领导人和核心合作伙伴组成，其中包括大量“征求建议书（CfP）”。平台2中的这一设置覆盖了欧洲航空业的一大群人来自大学、研究中心、中小型企业、供应商和飞机制造商的生态系统。

已经开发了40多种技术砖，用于新型机身材料、结构应用以及客舱和货物功能。成熟度已通过HorizonEurope规则进行评估。而TRL6级在一些砖上已经成功实现。对科学界的重大贡献已广泛发表，有超过70篇同行评审论文，博士和硕士论文，知识产权已通过35项新专利得到保护。

CS2项目旨在开发更清洁的航空运输技术，与“最先进”的飞机相比，该技术能够将CO2、NOX和噪音排放量减少20-30%。除其他目标外，如加强欧洲航空生态系统的竞争力和通过使用热塑性复合材料提高可持续性，平台2的主要贡献是通过创新机身技术减少重量，从而减少CO2排放。每减少一公斤的重量，可以直接转化为减少燃料燃烧。根据机身层面技术的组合，典型的单次飞行CO2排放量减少范围在180公斤至540公斤之间。考虑到一架单通道飞机每年1,600次飞行的总体环境潜力，这清楚地突显了积极的影响。总而言之，CS2LPA平台2成功地为下一代飞机成熟了机身技术砖，欧洲联盟交付了世界上最大规模的由热塑性复合材料制成的机身演示器。

7编后感言

航线上的民机是一种特殊商品，它的用户是有数的航空公司。只有在安全、舒适、经济，这三者最佳的民机，才会得到航空公司的青睐。空客本着这个原则，在过去的十多年里，投入了巨额的人力、物力、财力，研发新技术。

在单通道民机领域，机翼仍然使用热固性环氧复材。但不同以前的是不用“预浸料-热压罐固化”工艺，而是用“无卷曲织物（NCF）-树脂转移模塑（RTM）-高温炉固化”。机身零件用热塑复材制造，零件连接用焊接；客舱、货舱采用装配模块；使用、维护采用数字化技术等。

使用以上成熟新技术的单通道“新A320”，在安全、舒适、经济三方面，将远远超过现波音737、空客A320以及商飞C919。

杨超凡 2025.1.20

原文，《CLEANSKY2/CLEAN AVIATION LARGE PASSENGER AIRCRAFT FOR MORE SUSTAINABLECOMMERCIAL FUSELAGE TECHNOLOGIES – MAJOR ACHIEVEMENTS 》