Aernnova复合材料制造公司(二)

i清洁天空(Clean Sky) /清洁航空(Clean Aviation)

作为公私合营项目"清洁天空"(现更名为"清洁航空"创新计划)的创始成员及持续参与方,Aernnova提出创新理念并参与开发综合技术以实现航空业脱碳。相关技术包括电动推进系统的各类赋能方案、更优化的轻质复合材料结构,以及涵盖数字化在内的更高效航空结构生产技术。下文重点介绍Aernnova复合材料公司在"清洁天空2.0/清洁航空"项目中的参与成果。


成果(2016年1月至2023年12月)

在OUTCOME项目中,Aernnova公司成功制造出两个高度集成化的"一体成型"复合材料扭力盒,其特点在于采用高压成型工艺制成的高曲率翼梁。

空客C-295飞机的小翼(左图)与OUTCOME项目中RACER直升机的后机身部分

其中一项技术验证是针对安装在固定翼空客C-295支线飞机上的全尺寸翼梢小翼,作为多项技术集成的验证平台;另一项则针对RACER复合直升机验证机的后机身部分。


多功能机身验证机(MFFD- multifunctional fuselage demonstrator)项目(2017-2024)


Aernnova复合材料公司为该项目制造了热塑性复合材料部件,包括与CETMA合作完成的上壳体Z型长桁及下壳体舱门环绕结构(DSS-door surround structure)(DEWTECOMP项目内容)。在BUSTI项目中,该公司还采用自动纤维铺放(AFP)和真空袋压实工艺,首次制造出四个对接带层压板,用于连接上下壳体的左侧纵向机身接合部。


RTM多凸缘框正在接受测试(左)以及为ARE项目完成的示范性上壳。

"先进尾段"(ARE-Advanced Rear End) (2017-2024)    

Aernnova公司为"先进尾段"(ARE- Advanced Rear End)项目中制造了上部壳体验证件。该项目采用多凸缘框,通过RTM工艺使用压制成型的干纤维预制件。这项专利技术替代了传统机加工金属件,作为ARE项目的一部分,旨在比传统单通道飞机后机身减重20%。

HLFC-WIN任务中研发的层流控制机翼前缘。

HLFC-WIN(2019-2023)

在HLFC-WIN任务中,Aernnova采用金属与复合材料部件的创新组合,实现了机翼前缘层流控制技术,从而提升空气动力性能。该项目成功降低了阻力、燃油消耗和排放量。

HERFUSE (2024年1月至2027年) 

在混合动力支线飞机项目中(HERA-hybrid-electric regional aircraft),Aernnova将延续其在可持续制造和数字化领域的现有工作,通过HERFUSE项目为垂直尾翼(VTP)与机身的连接结构开发更优化的设计方案。该方案将采用热固性复合材料以减轻机体重量,同时满足机械性能目标和提升可持续性要求。Aernnova还将参与复合材料连接结构的最终尺寸确定及数字化3D模型制作。Aernnova工程部将负责复合材料垂直尾翼与机身连接件的设计与优化工作,对结构尺寸与材料组合方案进行评估。

采用石墨烯改性树脂制造的空客A350机翼前缘验证件

WOT襟翼生产中的铺层、模具及机械加工单元

石墨烯旗舰计划(2015-2023)

在石墨烯旗舰项目中,Aernnova复合材料公司与合作伙伴安通林工程集团(Grupo Antolin-Ingenieria)及空客公司共同探索了石墨烯改性树脂的应用。

研究团队在复合材料部件制造过程中测试了多种石墨烯掺杂方案,并成功制造出A350机翼前缘组件。"不同供应商提供的石墨烯材料及其制备方式会导致材料性能表现存在差异,"桑切斯(Sanchez)解释道。

"明日之翼"(WOT)项目中的长7米的三梁(无肋)襟翼

“明日之翼”计划(2018-2022年)

Aernnova还参与了空客"明日机翼"(WOT- Wing of Tomorrow)计划,该计划致力于为新一代单通道飞机成熟的关键技术。通过FLAP项目,Aernnova复合材料公司在2021年11月交付了全尺寸技术验证件;借助2020年收购的Hamble Aerostructures公司,Aernnova参与了2022年完成的WOT项目后缘技术研发。

这款7长米的外侧襟翼验证件是与FIDAMC及西班牙萨拉戈萨Aitiip技术中心协作制作完成的。

Aernnova技术开发副总裁米格尔·卡斯蒂略(Miguel Castillo)博士解释道:"这种三梁结构没有翼肋,但包含襟翼机构与三个支撑点的连接支架。该组件采用自动铺放干纤维预制体与RTM工艺制作,可实现月产百架飞机所需的自动化生产。Aitiip与我们合作开发了自加热模具和嵌件,最终形成整体式结构。其运用4.0技术,经优化设计降低了复现成本。"在开发过程中,Aernnova对比了Syensqo(索尔维-Solvay分出的独立公司)的TX-1105与Hexcel(美国斯坦福德)的Hi-Tape材料,证实两者性能相当。"我们对两种材料进行了全面表征,不仅测试机械性能,还评估了它们在制造工艺中的表现,"卡斯蒂略解释道,"我们在后缘闭合结构中采用了Evonik(德国埃森)的Rohacell泡沫芯材,这种构造方式类似于风机叶片。"

那么使用双组分树脂如何?“这类零件经过重量优化,因此必须具备全面的机械性能,”他解释道,“这就是为什么零件每一毫米的混合比例都必须精确。要使用双组分树脂,你不仅需要证明能达到这种精度,还得证明确实能缩短生产周期。”

该项目始于2018年底。Aernnova与Aitiip合作设计制造金属模具,并完成了装配设计。卡斯蒂略表示:“我们尝试过充气方案,但在高速生产条件下,其可靠性不如金属嵌件。充气方案需要控制更多变量。”2019至2020年间,Aernnova制作了半尺寸验证件。他指出:“关键技术突破在于使用TX1105干纤维带进行自动铺放(AFP)制造复杂曲面,以及解决铺层后的材料处理问题。”“此外,在实现每小时100件产能的工艺流程中整合三个附件装配工位也是重大挑战。随后我们完成了全尺寸验证件的制造,并于2021年12月交付至不来梅。”

我们采用摄影测量技术进行尺寸检测,这种方法比激光扫描更快,并能精确定位任何表面不规则的位置。我们完全采用柔性垫片工艺,因为硬性垫片操作极其繁琐,无法实现100%的生产效率。”对于封闭盒式结构的检测,Aernnova公司与先进航空航天技术中心(CATEC,西班牙塞维利亚)合作,该中心开发了一种基于磁力的检测系统,专门用于检查多根翼梁与蒙皮连接处的角接位置。我们采用摄影测量技术进行尺寸检测,相比激光扫描速度更快,并能精确定位表面不规则区域。全部采用软垫片调节工艺——硬垫片工序极其繁琐,完全无法满足量产需求。"针对封闭盒型结构的检测,Aernnova公司与西班牙塞维利亚先进航空航天技术中心(CATEC)展开合作,该机构研发的磁力检测系统可精准探测多根翼梁与蒙皮连接的转角部位。

Aernnova还开发了一种针对不同材料叠层复合材料的一步钻孔和锪孔工艺。成就包括:

  • 通过传感器与数据分析实现单周期流程监控。

  • 减少制造过程中材料、能源及污染物的浪费。

  • 减少待组装部件数量,缩短交付周期,从而实现高速生产。

《Aernnova Composites, leader in composites R&D》  2024.6.24

杨超凡