图片来源：柯林斯航空航天公司

 

随着飞机制造商和航空公司致力于减少碳足迹，建设可持续发展的未来势在必行。为了支持这一全行业的进步，柯林斯航空航天公司（美国北卡罗来纳州夏洛特）推出了新的和重新设计的产品，以减少能源使用、减轻飞机重量、加速机身生产并提高整体飞机质量。通过使用热塑性复合材料，柯林斯以令人兴奋的新方式推动可持续性发展，包括减少制造过程中的能源消耗和减轻飞机重量以降低燃料消耗的飞机零件，这反过来又为客户节省了成本，同时降低了碳排放。这些部件有可能提供：

 

与金属结构相比，重量减轻多达50%，比热固性结构轻 20%。

与热固性复合材料相比，制造周期时间减少多达80% 。

在部件生命周期结束时，可回收率高达100% 。

 

2021 年 11 月，Collins Aerospace收购了热塑性复合材料结构领导者 Dutch Thermoplastic Composites（DTC，荷兰阿尔梅勒），该公司拥有数十年的经验以及目前生产 2,000 多个独特零件编号的产品。现在，据报道，Collins Aerospace Almere 创造了一项新纪录，生产了其有史以来大的一体式热塑性复合材料部件——长超过 7 米，宽约 60 厘米。

 

 

这种热塑性复合材料滚道已作为 Clean Sky 2 STUNNING 项目的一部分提供给GKN Aerospace（荷兰霍格海德），用于集成到多功能机身演示器 (MFFD) 的机身下部地板网格组件中。“跑道是 GKN Fokker 将集成到 MFFD 中的电缆桥架系统的关键，它展示了将预先配备系统的模块交付到机身总装线的新组装理念，准备组装，”柯林斯航空航天公司阿尔梅勒销售总监， René van der Burg 说。

 

滚道是使用碳纤维增强的低熔点聚芳醚酮 (LMPAEK) 胶带和在阿尔梅勒开发的采用创新工具概念的新型连续压缩成型 (CCM)工艺制造的。“几家公司拥有 CCM 机器，不仅能够生产直坯，还能够生产异型材，”Van der Burg 说，“但我们的方法是独一无二的。如果需要，我们还可以生产更长的结构。” 这对于未来的热塑性复合材料机身确实很有意义，例如正在成熟的 8 米长、4 米直径的 MFFD。“它是一个检验热塑性复合材料全部潜力的平台，”范德伯格指出，“并将帮助未来的欧洲客机生产变得更快、更具竞争力和更可持续。”

 

 

“在柯林斯，我们可以显着影响可持续性的大领域之一是通过我们产品的重量和弹性——这就是我们先进结构业务的重点所在，”柯林斯航空航天工程热塑性塑料总经理 David Manten和 DTC 的创始人，说。“更轻的飞机意味着更低的排放和更大的能力来实现我们行业到 2050 年实现零碳排放的目标。”

 

柯林斯航空航天公司的热塑性复合材料焊接

美国柯林斯航空航天公司正在演示和推进热塑性复合材料焊接，以实现更集成、更轻、更可持续的机身结构。 

 

尽管热塑性复合材料已经存在了几十年，但柯林斯航空航天公司正在扩大其对这项技术的使用，并开发出能够生产更大、更复杂的零件以及通过焊接集成零件的特定技术。凭借其新的热塑性塑料焊接技术，柯林斯航空航天公司正在消除对数千个紧固件的需求，这些紧固件会增加飞机的重量和成本。

 

举个例子，考虑一下如果飞机座椅仅能减少一小部分重量，可能会带来的节省。对于一架 200 名乘客的飞机，这可能会产生相当大的差异，并相应减少碳排放。这就是柯林斯航空航天公司目前正在努力将更轻的热塑性材料融入座椅和各种其他飞机部件的原因。

 

“我们的航空客户依赖我们来推动整个供应链的可持续发展，”Manten 说。“通过结合热塑性复合材料提供重量更轻的产品是我们如何满足这一需求的一个很好的例子。”

 

 

今天的大多数飞机都是使用传统材料制造的，例如热固性复合材料，制造过程中会消耗大量能源。在这里，制造过程需要在大型高压釜或烘箱中固化零件，这些高压釜或烤箱会消耗大量能量，以达到高质量零件所需的热量和压力。

 

相比之下，热塑性复合材料不需要与热固性塑料相同的化学反应，因此可以通过更高效的非高压釜 (OOA) 工艺（如冲压）制造它们，从而大大降低能源消耗。这些相同的过程可以将周期时间从数小时缩短到数分钟，同时将材料塑造成复杂甚至多功能的几何形状。随着热固性预浸材料的冷藏被取消，从热固性材料转换为热塑性复合材料也提高了能源效率。

 

 

热塑性复合材料的可回收性有两个特点：耐用性和可重复使用性。先，与热固性塑料相比，热塑性复合材料具有更高的抗冲击和抗疲劳性，这确保了零件的使用寿命更长，并且是未来循环经济的关键。

 

其次，热塑性复合材料产品可以在其生命周期结束时回收，这意味着它们可以在其他行业或其他部件中重新熔化、重塑和重复使用——这使得它们比目前经常进入垃圾填埋场的部件更具吸引力。

 

“在柯林斯航空航天公司，我们不仅着眼于更可持续的未来：我们每天都在构建它，”Manten 说。“通过前瞻性设计、基于科学的材料选择和改进的制造工艺，我们正在努力减轻飞机重量以提高燃油效率，同时将更环保的材料（如热塑性复合材料）融入飞机部件。”

 

美国加利福尼亚州里弗赛德的柯林斯航空航天公司正在扩大其能力，包括在 2022 年底之前使用新的自动纤维铺放 (AFP) 设备和焊接风扇罩演示器。