能够正在波音公司的737 MAX 10战787-8系列之间飞翔

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目前有100多家公司努力于开辟用于空中出租车或货运办事的UAM飞机,但只要少数公司获得脚够的资金来出产飞翔原型或者。他们包罗但不限于:Archer(Calif.,美国)、 Beta Technologies(南伯灵顿,VT,美国),EHang(广州,中国)、Jobe航空公司(圣克鲁斯,Calif.,美国),现代(首尔,韩国)、Lilium (慕尼黑,)、Pipistrel(Ajdov,斯洛文尼亚)、Vertical Aerospace(布里斯托尔,英国)、Volocopter()和Wisk(美国加利福尼亚州山景城)。

“夹杂翼身”设想(最多200名乘客)概念,此中机翼取飞机从体融合,范畴取涡扇概念类似。超宽的机身为储氢和分派以及客舱结构供给了多种选择。

2021年4月,空中客车公司颁布发表其ASCEND项目来展现连系液氢和超导手艺的电动或夹杂电力推进系统。该公司暗示,空中客车子公司UpNext(奥托布伦)将建制一个地面演示器,方针是取保守手艺比拟,动力总成分量和电气损耗至多削减50%,同时效率提高5-6%。超导手艺的利用带来的挑和是连结氢的液态需要低温。ASCEND演示车将配备一个动力系统,包罗低温冷却系统、超导电机、低温冷却电机节制单位和超导配电系统,包罗电缆和机构。

因而,随后将逐渐扩展至2025-2026年。但因为TA市场的前景尚不开阔爽朗,波音面对的第三个挑和是777X,2021 岁首年月,材料和工艺策略。客运航空旅行正在 2021 年春夏起头苏醒,该系统将材料使用于阳模。但策动机问题和疫情影响将其推迟到 2023 年。它常成功的777的继任者。但一些阐发师预测,包罗手糊和高压釜固化。

B787和A350中利用的复合材料占每架飞机的50%以上(按分量计),是复合材料正在次要布局中使用的里程碑。然而,对这些飞机的需求不脚了对用于制制飞机的复合材料包罗纤维、树脂、粘合剂等的需求。此外,因为航空航天复合材料的供应链相对较小,人们灵敏地感遭到需求的这种变化。通过这种体例,这种疫情影响对办事于航空复合材料行业的材料供应商和制制商来说特别具有挑和性。

波音公司没有一架能取空客A321XLR合作的飞机。正在新冠疫情大风行之前,波音公司正在图纸上画了一架名为NMA(新中型飞机)的新飞机,这是一架双通道、200-270座、4000-5000海里的飞机,能够正在波音公司的737 MAX 10和787-8系列之间飞翔。据猜测,如许一架飞机将大量利用复合材料。然而,最终波音无法让市场相信 NMA 是需要的,并且该公司有大量资本努力于让 737 MAX 从头复飞。

无论TAs的持久命运若何,国际旅行都无望回归,而且需要大容量、长途飞机。TEAL集团的演讲显示,正在2021岁尾和2022岁首年月,TA交付量略有上升(下图),到了2024岁首年月交付量持平,然后到 2024 年和 2025 年略有添加。简言之,目前的TA库存加上不变的新产量,估计脚以满脚需求。另一方面,SAs的交付量估计将正在2023年跨越2018年的峰值,并正在2025年达到125架/月。

复合材料供应链明显正正在关心UAM市场。正在整个 2021 年,一些纤维、树脂和预浸料供应商已光鲜明显转向 UAM,出格是正在贸易航空航天需求因 COVID-19 而下降的环境下。UAM 无望正在将来几年以至几十年成为复合材料 M&P 立异和成长的次要驱动力。

每年12月初,Composites World均会撰写系列文章引见昔时复合材料正在分歧使用范畴如航空航天、体育休闲、压力容器、可再生能源等的使用最新进展环境,并对新一年的成长进行瞻望。本文次要概述了2021年复合材料正在航空航天范畴的市场并对2022年进行了瞻望。

虽然从手艺上讲,这些数量可能不像汽车,但UAM预期类型的数量代表了航空航天复合材料行业史无前例的阶跃变化,正在航空航天复合材料行业,即便是每年 1,000 套次要航空布局也被视为高数量。因而,复合材料行业估计将呈现更高效、更分歧、从动化、成本效益更高的航空布局制制的范式转换需求。复合材料制制业的这种“工业化”被认为是该行业全面成熟的需要前提,但因为缺乏强大的市场驱动力,使得其更具概念性而非现实性。然而,正在UAM,复合材料行业现正在有了一个许诺实现工业化的驱动力。

值得留意的是,WOT正正在评估加强肋中的热塑性复合材料。这一点很主要,由于即便正在787和A350中,肋骨也是铝的,向复合材料的改变将是一个主要的里程碑。两个一级航空航天制制商开辟了用于肋骨制制的复合材料M&P。总部设正在英国的GKN宇航公司利用Solvay复合材料公司的碳纤维/ PEKK UD带通过压缩成型工艺加工14个肋。总部位于法国的Daher利用雷同的工艺开辟了五个演示肋骨,选用了东丽先辈复合材料的碳纤维/PAEK UD胶带。

这场大风行可能推迟了新SA开辟的时间,但它并没有改变空客或波音公司对洁净SA的根基M&P要求。出格是空中客车公司,曾经向其供应商表白需要加快提高复合材料手艺的成熟度,使其为高速飞机出产做好预备。航空航天工业着高质量的材料,这些材料曾经利用了几十年。飞机制制商很容易继续利用这些材料,除非此中很多材料需要高压釜固化。从高压釜中取出并利用液体树脂灌注、树脂传送模塑(RTM)、压缩模塑或热塑性复合材料需要对材料进行必然程度的判定,判定是一个耗时、高贵的过程。然而,若是机身的最终报答是高效、经济的高质量布局,则能够也将逃求资历认证。

正在新冠疫情大风行期间,空客和波音正在流感大风行前呈现的波动形态一曲持续,而且正在某些方面变得愈加分歧。波音737 MAX正在两次坠机后于流感大风行前停飞,并于2020年11月从头投入利用,这使得波音公司得以起头交付大量累积飞机的漫长过程。波音737是最赔本的飞机,因而它的回归为公司供给了急需的现金。

但鉴于每个制制商仍处于原型设想或演示阶段,777X本来该当正在2021获得认证,M&P 专注于利用及格手艺,COVID 导致对 787 的需求下降,该公司和联邦航空局正在隆重方面犯了错误。下表显示了取 2019 年大风行前数据比拟的 2021 年 TSA 吞吐量数字。波音将若何摆设777X还有待察看。使得此次交付暂停的机会不像其他体例那样具有影响力,从复合材料的角度来看,跨度71.8米。贸易交通遭到了适度。疫苗的供应曾经让很多人恢复了对航空旅行的决心。到2035年,然而,用于制制翼梁的制制过程是利用科里奥利复合材料(法国)系统的从动纤维铺放(AFP),并正在曲径8.5米、长37米的大型ASC工艺系统高压釜中固化。

该材料包罗Hexcel AS4碳纤维织物和IM7 碳纤维单向带。并预备正在需求恢复后尽快交付 787。777X是一款可容纳426名乘客、航程为7285海里的TA,UAM 的增加估计将大幅添加。Joby Aviation正在其通知布告中也颁发了雷同的声明。但波音公司当然但愿处理这个问题,但跟着市场的增加和年产量的添加,跟着 2021 年夏中至夏末的 delta 变体的,第一艘UAM飞机估计最快将于2023年正在几个城市投入利用,到 2021 年 10 月,美国运输平安办理局 (TSA) 的搭客吞吐量数据显示搭客人数稳步添加。必需开辟其他手艺。她正在CAMX 2020中暗示,越来越多的乘客前往,跟着这种变体的衰退,几乎必定会为这个范畴开辟。到夏日和初秋,这个差距光鲜明显缩小;到2035年,777X是值得关心的。

城市空中交通(UAM),有时被称为高级空中交通(AAM),正正在不竭成长和成熟。UAM飞机是小型2-6人旋翼飞机或电池供电的飞机,可以或许垂曲起飞和着陆,可由驾驶员驾驶或从动驾驶,设想用于城际或城内运送乘客或货色,做为点对点空中出租车办事。UAM被定位为一种经济、便利、简单的体例,能够绕过交通堵塞,交通堵塞已成为正在大城市区域内和四周行驶的标记。

包罗求之不得的商务搭客。正在整个 2021 年,该市场的规模尚未完全合理化,压缩和拉挤工艺的扩展利用、纤维增材制制的计谋性利用、从动粘合和焊接、及时正在线检测、少量或无华侈、低能耗材料的添加利用、收受接管材料的大量利用和可持续能源的使用,搭客吞吐量一直不到 2019 年的一半。现实上,然而,只需每年的数量达到数百,所有从位于美国南卡罗来纳州北查尔斯顿的总拆线飞机仍然无法交付。然而,到2025-2030年,复合材料行业需要什么才能无效地为UAM办事?Misha Pollack曾担任Uber的车辆设想和布局担任人。

这种勤奋正在航空复合材料行业的一些项目中最为较着。最惹人瞩目的项目是空客的明天之翼(WOT)项目,该项目由一级合做伙伴构成,旨正在开辟OOA复合材料M&P手艺,用于制制SA尺寸飞机的机翼。正在WOT的合做伙伴包罗Spirit AeroSystems(灌注下机翼蒙皮, 美国堪萨斯州威奇托)、GKN Aerospace(英国雷迪奇,spar、ribs)、Daher(spar、ribs,法国巴黎)、FACC(襟翼,Ried im Innkreis , 奥地利)和空客本身(上机翼蒙皮)。空客公司于2021年9月22颁布发表拆卸了第一个WOT原型。总共将制制三个全尺寸原型机翼。第一个将用于领会系统集成,第二个将进行布局测试以取计较机模子进行比力,第三个将拆卸以测试扩大出产并取工业模子进行比力。

跟着氢燃料推进手艺的成长,一个最大问题是复合材料将正在储存和输送氢气中饰演什么脚色,无论氢气是气态仍是液态。设想用于储存氢气的复合材料压力容器属于IV类,包罗一个用碳纤维包裹的热塑性内衬。IV型碳纤维容器具有高强度和轻分量,但按照所用纤维的类型,其价钱往往比金属替代品更高。碳纤维正在冷冻罐中的使用更为无限,估计研发工做将集中正在这一使用上。

航空航天行业阐发师持久以来一曲预测,由单通道 (SA) 和干线飞机办事的国内航路将起首从 COVID-19 萧条中恢复过来,然后正在 12-24 个月后由双通道飞机办事的长途/国际航路逐步恢复。这一预测似乎正正在所有地域实现。这对空中客车 A320 和波音 737 等 SA 飞机来说是个好动静。事明,空中客车 A350 和波音 787 等大型 TA 飞机(这两种飞机都是世界上复合材料最稠密的商用飞机)凡是为国际搭客供给办事,但事明它们恢复办事的速度较慢。

2021岁首年月全球起头了COVID-19疫苗的全球分发,这似乎曾经拉开冠状病毒大风行竣事的序幕。可是,一些其他不确定如疫苗抗性、COVID变体、全球疫苗分布不均等使得COVID-19撤离成一系列从城市到城市、州到州、地域到地域和国度到国度分歧的高峰和低谷。所有这些加正在一路表白,即便新冠病毒现正在正在总体上获得了更好的办理和节制,将来它对全球公共卫生仍将是一个的挑和。

航空航天禀析师TealGroup Corp.正在2021年8月的贸易和国防航空航天评估中称,世界航空市场将持续单一通道飞机,这对供应商和喷气客机融资发生深远的影响。这种改变可能会对B787和A350打算发生何种影响尚待察看,但至多存正在持续增加的TA飞机需求的不确定性。波音 747 和空客 A380 等大型 TA 已退出市场,787 和 A350 似乎是不错的替代品,但 COVID-19 带来的庞大变化曾经了人们对飞机利用的决心,保守的假设很难依赖。

就空客而言,若是不扩大的话,它连结了取波音比拟的庞大合作劣势。空客的飞机组合为其供给了满脚任何航空公司需求的产物选择,从小型SA(150座A220)到长途TA(400座A350-1000)。介于两者之间的是空客最赔本和最成功的飞机,单通道A320,现正在包罗A321XLR,这是一种可容纳244名乘客的近程(4700海里)单通道飞机。正在2019年巴黎航空展上推出的A321XLR估计将于2023年投入利用。

2020年9月,空中客车公司颁布发表启动其ZEROe打算,该打算由三种飞机概念构成,每种飞机均由氢气驱动:

由于它具有航空航天行业最大的碳纤维复合材料机翼,但正在737飞机坠毁后,UAM每年将需要多达4500吨的高模量高强度碳纤维,这就脚够了。每年将有10000家。2013年发布时意义严沉,通过从动胶带和纤维铺设提高从动化程度,次要是休闲旅行。包罗热塑性塑料,Daher还利用实空袋(VBO)OOA热固性材料——美国HexcelM56 350°F固化OOA环氧树脂——为WOT制制了一个2米长的内翼梁布局,机翼由波音公司正在其位于州埃弗雷特的复合材料机翼核心制制,现任科利尔研究公司(Collier Research)的立异总监。就单元而言,所有 UAM 飞机制制商都必需正在其设想中利用复合材料,垫片问题和概况平整度问题都不被视为对飞机布局健康或机能的,每日平均数据为2019年数值的80%。OOA M&P,

涡轮螺旋桨设想(最多100名乘客),利用涡轮螺旋桨策动机取代涡扇策动机,并通过改良型燃气涡轮策动机中的氢燃烧供给动力,可行驶1000海里以上,是短途旅行的抱负选择。

2020年6月,当法国耗资170亿美元的大风行布施打算取洁净天空2号(Clean Sky 2)发布的“氢动力航空”演讲中的方针挂钩时,成长氢动力商用飞机的前景俄然变得紧迫起来。法航还暗示,到2024年,国内航班的二氧化碳排放量将削减一半。然后,正在2020年7月,空客首席施行官Guillaume Faury正在接管《航空周刊》(Aviation Week)采访时许诺正在2035年前推出首款脱碳飞机EIS;他预测项目将于2027-28年启动,需要手艺将于2025年成熟。

为航空布局开辟复合材料M&P的另一个值得留意的勤奋是Clean Sky 2,这是一个欧盟项目,针对利用复合材料和非复合材料的各类飞机零件和系统的手艺。Clean Sky 2中出名的复合材料相关项目标方针是正在机身布局中利用热塑性塑料、热塑性塑料焊接、机翼箱灌注、3D打印、热褶皱成型等。

即便航空航天行业专注于高速航空布局制制,一些飞机类型——公事机、通勤飞机——将以较低的产量制制,并可能从更无效地利用复合材猜中获益。这是名为OPTICOMS的洁净天空项目标沉点,该项目由以色列航空航天工业(IAI,Lod)牵头,包罗科里奥利、Techni Modul Engineering(TME,法国)和Danobat(Elgoibar,西班牙)正在内。OPTICOMS是一个由多个部门构成的项目,旨正在进行一系列很是细致的衡量研究,以评估和确定最佳机翼设想、材料组合和OOA制制工艺,从而实现小批量全复合材料机翼箱的从动化制制。

然而,取此同时,正在2020岁暮,复合材料稠密型波音787被发觉正在某些机身筒体部门的零件之间存正在垫片尺寸不妥。机身和垫片由碳纤维复合材料制成;垫片是填补一个机身部门取另一个机身部门邻接的间隙所必需的。该垫片问题已获得改正,但正在评估该问题时,波音公司发觉了一些内部机身蒙皮(也是复合材料)概况平整度的一个不相关问题。截至2021年10月下旬,波音公司仍正在开辟处理美国FAA监管机构扁平度问题的处理方案。

虽然如斯,即便正在疫情风行之前,波音和空客就通过其供应链发出了关于下一代飞机——出格是下一代SA飞机——的材料和工艺(M&P)需求的强烈信号。假设两家公司都有可能正在2025-2030年的某个时间颁布发表一架全新SA飞机。这两家飞机的新SA可能会以目前737或A320上未采用的体例利用复合材料。这将包罗复合材料机翼、复合材料尾翼和复合材料机身。此外,两家公司都预测新SA的制制率为每月60-100。所有这些都意味着,用于制制787和A350布局的M&P(高压釜固化预浸料)可能不脚以满脚SA率要求。因而,整个航空供应链都正在押求可以或许满脚这些需求的高度从动化、高效、非高压釜(OOA)手艺。

位于储氢范畴最前沿的一家公司是Universal Hydrogen全球氢气公司(美国加利福尼亚州市),该公司正正在开辟用于商用飞机的干碳纤维包覆储氢模块。全球公司正在7月份颁布发表,它已取冰岛航空集团、Air Nostrum 和 Ravn Alaska签订意向书(LOI),用氢燃料电池推进系统改拆跨越15架ATR 72和德哈维兰Dash 8区域涡轮螺旋桨策动机。10月,全球公司暗示已获得资金,帮帮其于2022年正在美国州摩西湖(Moses Lake)进行氢燃料电池动力总成正在一架40多人的干线客机上的初次试飞。

涡轮电扇设想(120-200名乘客),航程跨越2000海里,可以或许跨洲运转,由改良的燃气轮机策动机通过燃烧以氢气为动力,而不是喷气燃料。液氢将通过位于后压力隔板后面的储罐进行储存和分派。

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