【航空航天】2023航空需求碳纤维复合材料
portant; overflow-wrap: break-word !important;">随着新冠肺炎疫情的爆发，航空客运业在 2022 年开始复苏，预计 2023 年全年将加速复苏，使商业航空旅游业的活动水平接近 2019 年以来的高水平。此次复苏将增加波音（美国弗吉尼亚州阿灵顿）和空客（法国图卢兹）以及整个航空供应链的生产压力。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">据航空航天咨询公司 Teneo（美国纽约州纽约市）称，2022 年COVID 法规的放松有助于刺激美国乘客航空旅行的广泛复苏。在英国，法规实施时间更长，航空旅行的复苏滞后，但也遵循类似的模式。此外，特尼奥预测，到 2023 年底，大多数航空旅行将在 2019年大流行前水平的几个百分点以内（见下图）。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">正如 2020 年大流行开始时所预测的那样，国内航空旅行的恢复速度比国际航空旅行快，但 2023 年国际旅行将恢复到接近大流行前的水平。国际航空旅行的回归预示着宽体飞机的使用将增加，包括复合材料密集型空客 A350 和波音 787，当新冠疫情来时，这两种飞机的生产速度都急剧下降。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">2023 年空客和波音
portant; overflow-wrap: break-word !important;">空客则于 2022 年 9 月宣布，预计需求将持续增长，空客已开始多年逐步提高飞机制造率。具体而言，空客表示，其计划在2022 年交付近 700 架飞机，尽管截至 2022 年 9 月，该公司今年迄今的交付总量为 437 架。按照这个速度，空中客车公司将交付近600 架飞机，尽管该公司表示将在今年剩余时间内增加产量以达到目标。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">无论如何，到 2025 年，空客计划将产量增加到每年近 1000架，这意味着每月约 80 架飞机的产量。这样的步伐不仅给空客公司带来了压力，也给该公司的供应链带来了压力——包括复合材料航空航天供应链。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">波音公司在市场上的地位比空客公司弱。这家总部位于西雅图的飞机制造商在去年的大部分时间里都在让其 737 MAX 和 787 供应链重新运转。后者的交付自 2021 起暂停，等待联邦航空管理局（FAA）对制造异常情况进行评估，其中涉及一些复合材料制造的机身部分。波音公司解决了异常情况，并于 2022 年 9 月恢复 787 交付。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">波音公司在 2022 年 9 月交付了 51 架飞机，截至 9 月，今年迄今共交付 328 架。按照这个速度，波音有望在 2022 年底前交付 437架飞机，这大大少于空客的目标数量，但对于一家在过去三年中一直受到安全和制造挑战困扰的公司来说，这是一个巨大的进步。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">波音和空客的长期选择
portant; overflow-wrap: break-word !important;">随着 A350 和 787 的生产刚刚开始恢复正常，航空航天行业，尤其是复合材料行业面临的问题是，下一个大型飞机项目何时宣布？空客无需宣布新计划。它在所有主要飞机类别中都有飞机，几乎没有战略弱点。然而，波音公司相对较弱，没有一架远程单通道飞机来取代 757 并与空客 A321XLR 竞争。这一事实，再加上 737 的架构限制（不容易扩展），表明波音可能会很快宣布一项新的远程单通道计划。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">然而，开发一架新飞机需要资金（150 亿至 200 亿美元），波音公司在 737 MAX 坠毁和 787 交付暂停后面临挑战，目前仍在重建资金。尽管面临财务和其他方面的挑战，但很明显，波音公司需要开发一种新飞机，以填补其 757 曾经占据的投资组合中的空白。这是空客 A321XLR 所占据的同一空间，这是一条可容纳 200 名乘客的单通道，航程 8700 公里，是业内航程长的窄体客机。A321XLR也有 500 多架订单，预计将于 2024 年投入使用。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">在美国航空公司的波音 787
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">过去几年，波音公司在市场上非正式地推出了一些概念飞机，测试了对各种配置和尺寸的兴趣。这包括新型中型飞机（NMA），一种比 787 更小的复合材料密集型双通道飞机。尽管 NMA 在早期设计阶段之后尚未成熟，但波音公司仍在继续评估新的无尘飞机设计方案。这架飞机可能何时公布是许多猜测的主题，但在 2023 年底之前似乎不太可能。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">航空复合材料供应链管理
portant; overflow-wrap: break-word !important;">与此同时，航空复合材料供应链上下的制造商正在热切地重新定位，以满足下一步宣布的任何飞机项目的需求。即使航空航天行业对下一个飞机项目的尺寸和规格不确定，我们对材料和工艺（M&P）的期望也有很多了解。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">随着航空航天行业从宽体结构转向窄体结构，人们普遍认为，无论波音和/或空客下一步开发什么飞机，都将面向一个月需求多达 100 架飞机的市场。此外，一架新飞机肯定会有复合材料机翼，也可能有复合材料机身。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">每月生产 100 套复合材料一级航空结构将需要迄今为止在商业航空工业中从未见过的复合材料 M&P 组合。这种 M&P 趋势的主要推动力将远离热压罐所代表的瓶颈，转向液体工艺，如树脂传递模塑（RTM）、树脂注入、压缩模塑和热塑性复合材料。M&P 趋还将有利于更多的自动化、改进的过程控制、更多的零件集成、更少的人工接触和更少的紧固件。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">这种从热压罐中迁移的挑战之一是，纤维/树脂组合被考虑用于以前从未使用过的结构中。这种创新对复合材料行业是有益的，但它需要资格认证计划来证明这些材料在其预期应用中的可行性。这样的鉴定耗时且昂贵，但如果航空复合材料行业要满足下一代飞机制造的需求，则是必要的。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">预见到这些趋势，1 级和 2 级航空航天复合材料制造商正在积极努力实现其运营现代化，以满足飞机原始设备制造商的需求。在复合材料制造商开发的一些新技术和应用中，可以看到这种对M&P 地位的争夺。这项工作的示例如下：
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">一件式、一次性 17 米翼梁，用于高速飞机制造。空客明日之翼（WOT-Wing of Tomorrow ）计划采用了几种新的复合材料 M&P 技术，旨在推进机翼制造并减轻重量。WOT 中大的结构之一是由吉凯恩航空航天公司（英国西进公司）通过 RTM 开发和制造的 17米长的一体式碳纤维复合 spar 平台。C 型梁平台的独特之处在于，对于单个 RTM 零件来说，它的尺寸非常大，并且它使用了日本东京帝人（Teijin）公司的无卷曲织物（NCF-noncrimp fabric），吉凯恩设法将其放置在工具上，而不会切割或缝褶。空客已经组装了架 WOT 演示机，并将进行测试，以评估设计和材料的可行性。WOT中的技术是否以及如何在飞机上部署仍有待观察。
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portant; overflow-wrap: break-word !important; text-align: left;">热塑性复合材料焊接技术为更可持续的机身带来了进步。由欧盟清洁航空项目运营的多功能机身演示器（MFFD- Multi-Functional Fuselage Demonstrator）项目正在评估热塑性复合材料在飞机机身结构中的潜在用途，包括蒙皮、长桁和框。这项工作由 GKN Aerospace（下半部分）、DLR（上半部分；德国科隆）和 Fraunhofer（组装；德国慕尼黑）完成。多功能机身演示器（MFFD）的目标之一是利用热塑性塑料的可焊性作为机身的组装技术，以减少机械紧固件的使用。多功能机身演示器（MFFD）正在评估几种焊接技术，测量焊接速度、焊接质量和其他变量。热塑性塑料是整体航空结构的一个有吸引力的选择，因为它们提供了热压罐外（OOA- out-of-autoclave）加工能力，以及易于材料处理和良好的韧性性能。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">威奇托州立大学（美国堪萨斯州威奇托 WSU）的航空研究所（NIAR）正在迅速发展下一代复合材料制造技术的中心。CW 于2022 年初访问了 NIAR，并发布了我们在那里发现的情况的报告。简而言之，NIAR 正在其 ATLAS 设施中聚合各种制造技术，为复合材料行业和 WSU 学生提供 M&P 开发的示范选项。ATLAS 拥有Electroimpact（美国华盛顿州穆基利托）自动铺丝（AFP）机、Coriolis（法国奎文）AFP 机、Mikrosam（马其顿普里勒普）无工具纤维铺放系统、Cevotec（德国慕尼黑）自动贴片铺放系统、KraussMaffei（慕尼黑，ASC 过程系统（美国加利福尼亚州巴伦西亚）热压罐和苏威复合材料（美国佐治亚州阿尔法雷塔）实验室。NIAR 也是先进虚拟工程与测试实验室的所在地，专注于虚拟数学建模技术的开发和验证，该技术使航空航天制造商能够将从概念设计状态到分析验证的全面物理测试降至低。这里的目标是缩短材料测试和鉴定周期，以使新材料更快地进入航空航天结构。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">Qarbon Aerospace 公司是转型期航空制造商的典型例子，主要由私募股权收购并重新命名的前 Triumph 工厂组成。该公司在航空航天和国防领域使用手工铺设、热压罐固化预浸料的传统项目方面拥有长期经验。它还开发了热塑性复合材料的专业知识，并创新了一些航空结构的焊接技术。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">先进的空中交通
portant; overflow-wrap: break-word !important;">复合材料行业即将出现的是先进的空中交通（AAM- advanced air mobility）市场，该市场计划在主要城市及其周边地区提供空中出租车服务，帮助乘客绕过地面交通。AAM 飞机几乎全部由三到六架载客、全电动、复合材料密集型 eVTOL 飞机组成，航程可达 150 公里。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">如 AAM 现实指数所示，有数百家 AAM 飞机制造商，但只有少数有足够的资金支持投入服务。该市场的早推动者计划于2022 年和 2023 年投入服务（EIS- enter into service），其他几家将于2024 年和 2025 年投入服务。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">对于这个市场的发展速度和终规模，人们众说纷纭。乐观者认为，到 2030 年，将有数千辆空中出租车投入服务。持怀疑态度的人认为，少数城市的少数供应商提供的服务有限，成熟期较长。在 AAM 成为现实之前，有许多障碍需要克服。大的障碍是管制/ 空 中 交 通 管 制 。美 国 联 邦 航 空 管 理 局和欧洲联盟航空安全局必须制定全新的标准和协议，以管理 AAM 飞机将飞行的空域，其中大部分是拥挤的城市地区，AAM 飞机应避免坠毁。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">第二个障碍是基础设施。空中出租车将在位于建筑物顶部、机场附近、区域机场和其他地点的垂直机场起降。这种基础架构不存在，必须由 AAM 制造商创建和维护。AAM 基础设施也有一个现实指数。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">后一个障碍，也是与复合材料行业相关的障碍，围绕着M&P。如果空空导弹市场达到乐观主义者所希望的成熟程度，市场对新飞机的需求每年可能超过 10000 架。这比商业航空领域的高制造率高出一个数量级，代表了迄今为止上任何地方都看不到的高性能复合材料制造工业化水平。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">一些观察人士喜欢将复合材料制造的这种范式转变称为“汽车数量、航空航天质量”，尽管这听起来有点道理，但事实是 AAM 飞机将以汽车行业所不具备的方式成为复合材料密集型飞机，并且将需要制造汽车行业所未见的零部件。以螺旋桨叶片为例。每架 AAM飞行器都有多个转子，需要大量生产航空航天质量的螺旋桨叶片——每年多达 60000 片，即使 AAM 只是保守成熟。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;">同样考虑到 AAM 飞机的原型和演示机主要是用手工铺放的、航空航天合格的预浸料在热压罐中固化而成的。然而，第二代和第三代飞机将需要采用非热压罐（OOA-Out-of-Autoclave ）M&P，以满足更高的费率和更高的质量。这意味着无需人工接触、强大的过程控制、液体成型、过程中检查、快速固化和易于组装——目前上任何地方都没有这种规模。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">这引出了一个问题：谁将为 AAM 制造复合材料？这取决于制造模式。一些 AAM 制造商可能会与 Spirit AeroSystems、GKNAerospace 和 Daher 等 1 级供应商签订合同，但甚至他们也需要获得资本和技术来满足需求。另外，其他 AAM 制造商，如 Joby Aviation（美国加州圣克鲁斯）也在内部进行复合材料制造，这也带来了类似的规模扩大和工业化挑战。
portant; overflow-wrap: break-word !important;">所有这些都忽略了碳纤维需求和供应的问题。AAM 的快速成熟将给碳纤维供应链带来巨大的需求压力，该供应链已经在努力满足客户需求，商业航空、风能和氢存储的强劲增长有望使问题更加复杂。此外，碳纤维制造商不愿投入时间和资金来增加产能，除非对新生产线可能生产的纤维有明确的长期需求承诺。AAM 能否提供如此明确的长期承诺，还有待观察。
