DLR交付由碳纖維增強熱塑性復合材料制成的飛機“多功能機身演示件”

 

　　該演示件采用特殊材料制成(LM_PAEK)，不易損壞，比鋁制組件輕約一噸。此外，該演示件還使用了全新的生產和裝配技術，實現了具有成本效益、資源節約的生產流程，最大限度減少了能源消耗。

 

　

 

　　MFFD多功能機身演示器

 

　　該演示件的機身半殼（飛機機身的上半部分）在奧格斯堡的DLR制造，目的是研究使用的材料并展示必要的技術。該演示件長約8米，是作為歐洲潔凈天空2研究計劃大型客機計劃的一部分而開發的，目標是將飛機機身重量減少10%，運營成本降低20%，以達到每月60-100架飛機的生產效率。2023年7月18日，MFFD項目合作伙伴成功完成半殼交付。

 

　　熱塑性碳纖維復合材料(CFRP)具有特殊性能，在一定溫度范圍內重新加熱時可以重塑形狀，這意味著部件可以更有效地進行修復和回收。熱塑性CFRP上殼的設計由Premium AEROTEC公司主導完成。自動化生產和機器人工具主要是由DLR輕量化生產技術中心（ZLP）開發，目前研究人員已經掌握了三項基本技術——激光原位光纖放置、連續超聲波焊接和電阻焊接。

 

　　激光、超聲波和電阻焊接

 

　　為了生產飛機外殼，DLR團隊使用了一個倒掛的機器人，使用激光精確加熱材料條并將其分層，形成復合材料層壓板。由于材料浪費極少，因此該系統材料利用率極高。這在平衡成本方面非常重要，因為CFRP的成本比鋁高得多。此外，由于不需要在熱壓釜中固化，該系統將生產時間縮短了40%，從而進一步降低了成本。

 

　　在下一個生產步驟中，外蒙皮必須安裝縱向加強筋，而且44個縱梁不是鉚接的，而是通過超聲波焊接到部件上的，這在世界上尚屬首創。為此，ZLP團隊讓機器人沿著縱梁移動，并進行高精度自動路徑校正。這種方法比傳統的機械過程要快得多，而且與后續的連接技術一樣，具有不產生切屑或灰塵的優點，因此無需在最終組裝之前將機身外殼連接在一起。

 

　　DLR團隊開發的第三項技術涉及橫向加強筋的安裝。該技術使用電流對肋條進行加熱，并使用專門工具進行電阻焊接，可提供極高的焊接強度。與鋁合金相比，熱塑性CFRP減少了生產時間，降低了制造成本，而且由于沒有孔洞，可使飛機蒙皮保持完整且無灰塵。

 

　　奧格斯堡團隊改進了電阻焊接工藝，將縱向加強筋連接到橫梁上。由于這項工作非常細致并且在極其狹窄的條件下進行，研究團隊將標準機器人與小型輕型機器人結合起來，這種靈活控制的“協作機器人”能夠自動與框架和縱梁對齊，并快速準確地焊接數十個連接元件。

 

　　計劃和潛力

 

　　通過MFFD，DLR成功生產了世界上最大的由纖維增強熱塑性復合材料制成的飛機部件。該項目開發的技術成熟度顯著提高，且碳足跡非常大幅降低。因此，DLR為氣候友好型飛行做出了重大貢獻。正如當前項目所示，ZLP團隊已為開發下一代飛機鋪平了道路。該技術提高了地區、國家和歐洲層面的競爭力。

 

　　自6月中旬以來，機身半殼運抵項目合作伙Premium AEROTEC公司，并在其奧格斯堡工廠完成了門框的精加工和安裝工作。成功交付后，該部件目前正被運送位于施塔德的弗勞恩霍夫制造技術和先進材料研究所（IFAM），在那里它將與來自荷蘭的機身下殼體（STUNNING項目）連接起來，在今年年底前形成完整的機身外殼部分。隨后，空客公司將在漢堡應用航空研究中心(ZAL)對這些技術進行最終驗證。