NS2077 抛弃热压罐、减重 10%：空客下一代客机热塑性碳纤维制造方案！

赛奥碳纤维技术

2026-07-24 18:14发布于广东科技领域创作者

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引言：空客已经开始超越A320的定位：A320是历史上最畅销的商用飞机。然而，空客已经在研发其继任者。

在2026年6月接受《航空周刊》采访时，空客首席执行官纪尧姆·福里(Guillaume Faury)确认，公司目标是在2030年启动一款新型窄体飞机——内部名为eAction—并在2030年代后半期投入服务。目标明确：实现效率、可持续性和制造经济性的根本飞跃，而仅靠A320neo的发动机升级无法实现。为此，空客不仅需要一款新飞机，还需要一种根本全新的制造方式。

这正是多功能机身演示件（MFFD）发挥作用的地方。MFFD于2014年设计，并由欧洲清洁天空2计划资助，从来不仅仅是一次研究活动。这是一个比例模型可行性的演示，展示了可能塑造下一代商用飞机机身的制造技术—而热塑性复合材料正是这一愿景的核心。

MFFD是什么—以及它为何重要

MFFD是一个长8米、直径4米的机身截面，比例为1：1，完全由碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）制成。它是已知最大的热塑性复合材料航空航天结构。该项目目标是机身重量减轻10%，运营成本降低20%—这些数字并非空客目标每月60至100架生产率的边际提升，而是标志着制造经济结构的转变。

演示机被分为两个半壳体，由不同联盟生产，拥有不同的制造理念—这一有意为之，便于在全尺寸下进行直接技术比较。

下壳由荷兰主导的财团（GKN Fokker、NLR、Diehl Aviation、代尔夫特工业大学）生产，作为STUNSING项目的一部分。它采用了自动胶带铺设（ATL）和AFP，随后进行了热压罐整合——这是一种成熟的航空航天方法，质量水平广为人知，但基础设施成本高且周期长。

上壳采用了不同的方式。该产品由位于奥格斯堡的DLR轻量化生产技术中心（ZLP）领导，联合空客、Premium AEROTEC和Aernnova，采用激光辅助AFP并进行原位固结：无热压罐、真空袋、无下游固结步骤。碳纤维布设和整合在一次自动化传输中同时进行。

这种区分不仅仅是技术性的。这体现了对热塑性航空航天结构量产未来可能的承诺。

上部DLR壳体：AFPT技术是工艺的核心

上壳外皮采用了来自AFPT GmbH（多尔特）的Multi-Tow-AFP铺设头，配合安装在奥格斯堡ZLP的机器人系统上的激光线-LDM二极管进行局部加热。起始材料是东丽Cetex® TC1225—一种碳纤维增强低熔点PAEK胶带（LM-PAEK）—铺设在Grunewald GmbH & Co. KG工具上的TC1225-LSP防雷击薄膜上。

DLR于2023年1月完成了蒙皮组装，并于2023年7月交付了完整的上壳组件—包括来自Aernnova的超声波焊接长桁和来自Premium AEROTEC的电阻焊接机身框。随后，弗劳恩霍夫IFAM沿两条纵向接缝焊接了上下壳体，完成了世界上最大的航空航天热塑性复合材料结构。

工艺数据表达了明确的表述：不使用热压罐或真空袋的原位固结，可将面板制造时间比传统热固性方法缩短多达40%。鉴于空客为下一代飞机所追求的产量，这并非渐进式改进，而是制造经济结构的变革。

DLR从中学到了什么

上部MFFD半壳的生产并非没有挑战，DLR公开指出了存在的质量差距。在2024年ITHEC大会上发表的论文《缩小热塑性高层成型工艺的质量差距：MFFD上壳生产的洞见》——记录了在蒙皮放置过程中观察到的制造问题及所采用的解决方案。

关键技术见解：

控制结晶度至关重要。LM-PAEK的固结温度低于PEEK（约低40°C），但原位AFP的快速热周期导致结晶度低于热压罐处理的层压材料。这影响了基体主导的机械性能。DLR研究了固化后步骤和加热工具作为对策——这两者都被证明能有效诱导二次结晶。
流程窗口很窄。激光功率、铺带速度、压实力和咬点温度必须精确控制并根据相关几何形状进行调整。DLR开发了材料模型，用于实时模拟结晶状态，以优化全尺寸生产前的工艺参数。
多条纱带（Multi-tow）铺放增加了复杂度。AFPT多重牵引头显著提高了铺设速率，但相邻纱带之间的几何错位可能导致局部粘结不一致。DLR的工作揭示了偏移几何形状与层隙剪切强度之间的关系—这些见解将直接影响未来部件工艺参数的选择。
只是测试壳系统。在实际演示之前，DLR制作了一个全尺寸测试壳体，用于验证所有制造技术。这种迭代方法——原型、验证，然后生产——是热塑性AFP工业化的典范。

DLR工作的总体结论不是原位整合不成熟—而是剩余的质量差距已被理解、可解决并积极弥补。这与十年前的立场根本不同。

AFP铺放与缠绕：两条路径，不同的几何形状

上部MFFD外壳采用AFP工艺生产——该工艺通过精确方向在开放模具表面铺设狭窄的预浸胶带。AFP非常适合大型、复杂、开放几何形状的机身面板，这些部件需要纤维角度在表面上变化，且对铺设表面的访问不受限制。

纤维绕组—及其热塑性技术—激光辅助热塑性缠绕（LATW-Laser-Assisted Thermoplastic Winding）—采用了根本不同的原理：连续的纱线或带子在旋转芯材周围受拉缠绕，从而形成像管道、圆筒和压力容器等封闭的截面几何形状。该工艺本质上快速、材料效率高，非常适合轴对称或近轴对称的结构。

对于机身蒙皮，AFP是合适的工具。对于压力隔板盖（a pressure bulkhead cover）、传动轴、定子笼或结构管——都是缠绕。这两种工艺是互补的，而非竞争，成熟的热塑性飞机项目预计将需要两者兼备。工艺力学、权衡和应用限制的深入比较将在另一篇文章中展开。

缠绕热塑性部件在飞机制造中的潜力

MFFD已证明热塑性复合材料可以替代主机身结构中的铝材。然而，机身蒙皮只是飞机结构件的一部分—在许多其他地方，缠绕零件不仅可行，而且是首选方案。

考虑现代窄体飞机的结构和功能需求：

用于氢气储存、灭火系统和机载氧气供应的压力容器和包裹装置
电动机架构中的转子外壳和定子笼，这些在混合动力概念中日益重要
座椅轨道、地板梁和驾驶舱安装的结构管和型材
用于执行系统和动力传递的传动轴

所有这些都是连续纤维绕组—尤其是LATW—展现其核心优势的几何结构：高纤维体积、优异的周边和轴向强度、无热压罐，以及工艺本身为自动化和批量生产设计。使用热塑性基体，这些部件还可焊接、回收，并与MFFD演示的连接技术兼容。

MFFD表明，航空航天行业在基本结构层面对热塑性复合材料非常重视。随着下一个空客窄体机项目的启动，对合格热塑性复合材料组件—包括绕管和结构型材—的需求将显著增长。技术已经准备好了。能够以所需工艺知识串联交付的制造合作伙伴，将有助于确定下一架飞机的制造材料。

Alformet GmbH持续使用激光辅助热塑性绕组制造纤维增强热塑性复合管道和结构型材——这与MFFD上壳结构中使用的AFPT工艺相同。如果你正在评估热塑性复合材料组件作为下一个项目，请联系我们。

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原文，《Introduction: Airbus is already thinking beyond the A320》2026.6.29

来源：杨超凡老师、复合材料前沿

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