航空制造業(yè)的五大趨勢

Word文檔航空制造業(yè)的五大趨勢航空基礎(chǔ)供應(yīng)體系將發(fā)生巨變

3D打印市場。2021年8月，巴菲特宣布將以372億美元收購精密鑄件（PCC）公司，大舉進(jìn)軍航空制造業(yè)。面對(duì)來自資本巨頭的競爭，美鋁（Alcoa）公司于9月做出分拆打算，加速向下游金屬服務(wù)和加工企業(yè)轉(zhuǎn)型，而該公司于2021年簽署的90億美元的在航空航天領(lǐng)域的中長期供貨的合同成為其轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。3D打印及非金屬發(fā)動(dòng)機(jī)將更進(jìn)一步軸承，該組件直徑達(dá)1.5m，是有史以來最大的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)單個(gè)組件，而包含48個(gè)葉片的組件也采納增材制造技術(shù)生產(chǎn)。2021年，GE公司對(duì)首個(gè)CMC材料的F414發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪葉片進(jìn)行了試驗(yàn)，驗(yàn)證了其極強(qiáng)的耐高溫柔耐久性力量，以及可廣泛用于自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)和下一代商用發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力。GE公司還在GEnx上試驗(yàn)了將CMC材料用于燃燒室內(nèi)襯的內(nèi)外環(huán)、第一級(jí)高壓渦輪隔熱罩以及其次級(jí)高壓渦輪導(dǎo)向器。GE公司還方案在美國本土建設(shè)碳化硅陶瓷纖維以及碳化硅陶瓷單向帶的工廠，前者已得到美國空軍的資金支持，目的是打破日本對(duì)該材料供應(yīng)的壟斷。2021年，有三件事情值得留意：一是澳大利亞聯(lián)邦輕金屬中心基于賽峰集團(tuán)的設(shè)計(jì)，采納增材制造生產(chǎn)了兩臺(tái)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)概念驗(yàn)證機(jī)；二是NASA的格倫討論中心和蘭利討論中心攜手霍尼韋爾公司等正在進(jìn)行“以增材制造實(shí)現(xiàn)非金屬燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)”的項(xiàng)目，除了生產(chǎn)出進(jìn)氣道導(dǎo)流葉片、消聲蜂窩襯墊等樹脂基復(fù)合材料構(gòu)件以外，還制造出了高壓渦輪噴嘴等碳化硅陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件；三是弗勞恩霍夫討論所在整體葉盤增材制造討論的基礎(chǔ)上，提出了由增材制造轉(zhuǎn)向數(shù)字光同學(xué)產(chǎn)的“生產(chǎn)2.0”概念。熱壓罐將被更多復(fù)合材料制造商拋棄過去一年，盡管大型飛機(jī)部件制造商還在不停購置大型熱壓罐以滿意波音787和A350等飛機(jī)的制造，但同時(shí)已將研發(fā)的重點(diǎn)移向非熱壓罐材料與工藝。2021年3月，NASA開頭對(duì)“拉擠棒縫合高效組合結(jié)構(gòu)”（PRSEUS）項(xiàng)目驗(yàn)證件進(jìn)行試驗(yàn)，目標(biāo)之一就是為將來翼身融合體（HWB）飛機(jī)的非圓柱形復(fù)合材料增壓艙室尋求創(chuàng)新的制造工藝，波音為此開發(fā)了低成本非彎曲織物預(yù)形件的可控大氣壓力樹脂注射（CAPRI）工藝。4月，俄羅斯聯(lián)合飛機(jī)制造公司旗下航空復(fù)合材料公司向伊爾庫特公司交付了MS-21飛機(jī)第一套非熱壓罐制造的復(fù)合材料中央翼盒，該飛機(jī)的機(jī)翼蒙皮也由非熱壓罐制造，非熱壓罐工藝在小型飛機(jī)上已經(jīng)特別普遍，但在大型民用客機(jī)主承力結(jié)構(gòu)上使用還是第一次。同時(shí)，無需熱壓罐固化的熱塑性復(fù)合材料的受關(guān)注程度也越來越高，例如，空客始終在歐盟框架方案下從事大型熱塑性復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)制造的討論。6月，龐巴迪公司與英國專業(yè)公司共同開發(fā)了一種新的熱塑性復(fù)合材料托架，適用于飛機(jī)機(jī)翼、中央翼盒的液壓托架，以及油箱的托架等，據(jù)稱可比金屬部件減重至少40%，將專用于龐巴迪C系列客機(jī)和公務(wù)機(jī)。11月，極光飛行科學(xué)公司公布了其研發(fā)的3D打印無人機(jī)，也是世界首架由3D打印的噴氣動(dòng)力飛機(jī)，飛機(jī)機(jī)體采納了熱塑性復(fù)合材料通過熔融沉積成型等工藝制造。熱壓罐工藝從誕生之日起就伴隨著各種非熱壓罐工藝的競爭，隨著非熱壓罐工藝開頭搶占飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域，以及熱塑性復(fù)合材料的技術(shù)成熟、成本降低、甚至能夠制造主承力結(jié)構(gòu)，熱壓罐工藝將受到更多的挑戰(zhàn)。2021年及將來幾年，熱壓罐雖然還會(huì)是大型飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)制造的主流，但其生存空間將不斷被擠壓，更多復(fù)合材料制造商將從經(jīng)濟(jì)性和交付周期的角度選擇非熱壓罐材料與工藝，這將在復(fù)合材料設(shè)計(jì)、制造與供應(yīng)鏈領(lǐng)域掀起新的變革。合材料構(gòu)件以外，還制造出了高壓渦輪噴嘴等碳化硅陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件；三是弗勞恩霍夫討論所在整體葉盤增材制造討論的基礎(chǔ)上，提出了由增材制造轉(zhuǎn)向數(shù)字光同學(xué)產(chǎn)的“生產(chǎn)2.0”概念。智能技術(shù)大舉進(jìn)入飛機(jī)制造領(lǐng)域過去一年多，一些制造商已經(jīng)展現(xiàn)了飛機(jī)裝配向智能化邁進(jìn)的過程。GKN公司在2021年完成的“結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟化”（STeM）項(xiàng)目基礎(chǔ)上，與龐巴迪、勢必銳（Spirit）、GE等合作伙伴，進(jìn)一步完成“將來機(jī)翼結(jié)構(gòu)使能制造技術(shù)的驗(yàn)證與集成”（VIEWS）項(xiàng)目，研發(fā)有市場前途的機(jī)翼設(shè)計(jì)、制造和裝配技術(shù)，提升自動(dòng)化和智能化水平。2021年7月，波音展現(xiàn)了“黑金剛石”項(xiàng)目，以推動(dòng)基于計(jì)算機(jī)具體模型的工程。在其計(jì)算機(jī)具體模型中包含有每個(gè)部件的全部物理特性，并驗(yàn)證將更多的自動(dòng)扮裝配技術(shù)融入簡單飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造中。2021年1月，波音獲得了一項(xiàng)“機(jī)身全自動(dòng)化制造工廠”的專利，其中包括了可移動(dòng)智能的概念：6個(gè)裝配單元將基于生產(chǎn)速度和訂單分派任務(wù)，通過運(yùn)輸物料的自動(dòng)導(dǎo)向車掌握工作流程和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，一旦各就各位，可移動(dòng)機(jī)器人將從等候區(qū)域進(jìn)入裝配單元開頭工作。2021年5月，波音在其加油機(jī)裝配線演示了一個(gè)增加現(xiàn)實(shí)的平板電腦工具，機(jī)械師可以通過平板電腦的攝像頭看到現(xiàn)實(shí)世界中正在裝配的扭矩盒單元，并可以通過增加視景技術(shù)看到指導(dǎo)他工作的數(shù)字化指導(dǎo)書、虛擬的零件和指示箭頭。6月，Accenture公司向空客交付了一種可穿戴技術(shù)的產(chǎn)品，能夠關(guān)心操作人員降低裝配客艙座椅的簡單度，節(jié)約完成任務(wù)的時(shí)間，目前該技術(shù)正在為A330客艙安裝進(jìn)行工業(yè)化。此外，10月美國數(shù)字制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)（DMDII）公布“自動(dòng)裝配規(guī)劃”和“機(jī)械裝配的自動(dòng)公差安排”項(xiàng)目，兩者的討論成果被波音、洛克希德·馬丁等應(yīng)用后，將進(jìn)一步提升飛機(jī)裝配中的自動(dòng)化和智能化水平?；趯?shí)時(shí)原位建仿照真的自適應(yīng)加工，裝配指令的自動(dòng)化生成，基于先進(jìn)測量和柔性、精益的自主扮裝配，人與可移動(dòng)機(jī)器人的協(xié)同工作，