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供應體系將發(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，大舉進軍航空制造業(yè)。面對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域的中長期供貨的合同成為其轉(zhuǎn)型的關鍵。3D打印及非金屬發(fā)動機將更進一步軸承，該組件直徑達1.5m，是有史以來最大的民用航空發(fā)動機單個組件，而包含48個葉片的組件也采納增材制造技術生產(chǎn)。2021年，GE公司對首個CMC材料的F414發(fā)動機低壓渦輪葉片進行了試驗，驗證了其極強的耐高溫柔耐久性力量，以及可廣泛用于自適應變循環(huán)發(fā)動機和下一代商用發(fā)動機的潛力。GE公司還在GEnx上試驗了將CMC材料用于燃燒室內(nèi)襯的內(nèi)外環(huán)、第一級高壓渦輪隔熱罩以及其次級高壓渦輪導向器。GE公司還方案在美國本土建設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，目的是打破日本對該材料供應的壟斷。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的設計，采納增材制造生產(chǎn)了兩臺噴氣發(fā)動機概念驗證機；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行“以增材制造實現(xiàn)非金屬燃氣渦輪發(fā)動機”的項目，除了生產(chǎn)出進氣道導流葉片、消聲蜂窩襯墊等樹脂基復合材料構件以外，還制造出了高壓渦輪噴嘴等碳化硅陶瓷基復合材料構件；三是弗勞恩霍夫討論所在整體葉盤增材制造討論的基礎上，提出了由增材制造轉(zhuǎn)向數(shù)字光同學產(chǎn)的“生產(chǎn)2.0”概念。熱壓罐將被更多復合材料制造商拋棄過去一年，盡管大型飛機部件制造商還在不停購置大型熱壓罐以滿意波音787和A350等飛機的制造，但同時已將研發(fā)的重點移向非熱壓罐材料與工藝。2021年3月，NASA開頭對“拉擠棒縫合高效組合結(jié)構”（PRSEUS）項目驗證件進行試驗，目標之一就是為將來翼身融合體（HWB）飛機的非圓柱形復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)合飛機制造公司旗下航空復合材料公司向伊爾庫特公司交付了MS-21飛機第一套非熱壓罐制造的復合材料中央翼盒，該飛機的機翼蒙皮也由非熱壓罐制造，非熱壓罐工藝在小型飛機上已經(jīng)特別普遍，但在大型民用客機主承力結(jié)構上使用還是第一次。同時，無需熱壓罐固化的熱塑性復合材料的受關注程度也越來越高，例如，空客始終在歐盟框架方案下從事大型熱塑性復合材料主承力結(jié)構制造的討論。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合材料托架，適用于飛機機翼、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系列客機和公務機。11月，極光飛行科學公司公布了其研發(fā)的3D打印無人機，也是世界首架由3D打印的噴氣動力飛機，飛機機體采納了熱塑性復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主承力結(jié)構制造領域，以及熱塑性復合材料的技術成熟、成本降低、甚至能夠制造主承力結(jié)構，熱壓罐工藝將受到更多的挑戰(zhàn)。2021年及將來幾年，熱壓罐雖然還會是大型飛機主承力結(jié)構制造的主流，但其生存空間將不斷被擠壓，更多復合材料制造商將從經(jīng)濟性和交付周期的角度選擇非熱壓罐材料與工藝，這將在復合材料設計、制造與供應鏈領域掀起新的變革。合材料構件以外，還制造出了高壓渦輪噴嘴等碳化硅陶瓷基復合材料構件；三是弗勞恩霍夫討論所在整體葉盤增材制造討論的基礎上，提出了由增材制造轉(zhuǎn)向數(shù)字光同學產(chǎn)的“生產(chǎn)2.0”概念。智能技術大舉進入飛機制造領域過去一年多，一些制造商已經(jīng)展現(xiàn)了飛機裝配向智能化邁進的過程。GKN公司在2021年完成的“結(jié)構技術成熟化”（STeM）項目基礎上，與龐巴迪、勢必銳（Spirit）、GE等合作伙伴，進一步完成“將來機翼結(jié)構使能制造技術的驗證與集成”（VIEWS）項目，研發(fā)有市場前途的機翼設計、制造和裝配技術，提升自動化和智能化水平。2021年7月，波音展現(xiàn)了“黑金剛石”項目，以推動基于計算機具體模型的工程。在其計算機具體模型中包含有每個部件的全部物理特性，并驗證將更多的自動扮裝配技術融入簡單飛機結(jié)構制造中。2021年1月，波音獲得了一項“機身全自動化制造工廠”的專利，其中包括了可移動智能的概念：6個裝配單元將基于生產(chǎn)速度和訂單分派任務，通過運輸物料的自動導向車掌握工作流程和時間節(jié)點，一旦各就各位，可移動機器人將從等候區(qū)域進入裝配單元開頭工作。2021年5月，波音在其加油機裝配線演示了一個增加現(xiàn)實的平板電腦工具，機械師可以通過平板電腦的攝像頭看到現(xiàn)實世界中正在裝配的扭矩盒單元，并可以通過增加視景技術看到指導他工作的數(shù)字化指導書、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的產(chǎn)品，能夠關心操作人員降低裝配客艙座椅的簡單度，節(jié)約完成任務的時間，目前該技術正在為A330客艙安裝進行工業(yè)化。此外，10月美國數(shù)字制造與設計創(chuàng)新機構（DMDII）公布“自動裝配規(guī)劃”和“機械裝配的自動公差安排”項目，兩者的討論成果被波音、洛克希德·馬丁等應用后，將進一步提升飛機裝配中的自動化和智能化水平?；趯崟r原位建仿照真的自適應加工，裝配指令的自動化生成，基于先進測量和柔性、精益的自主扮裝配，人與可移動機器人的協(xié)同工作，