2023 年 7 月 18 日
- DLR 與 Premium AEROTEC、空中客車公司和 Aernnova 合作，製造並成功交付了由碳纖維增強熱塑性塑料製成的飛機機身部件。
- “多功能機身演示器”（MFFD）的基本技術是由位於奧格斯堡的德國航天中心開發的。
- 重點：航空、技術轉讓
幾十年來，鋁已經在飛機製造中證明了自己，並且生產不斷優化。然而，這對於可持續和氣候友好型航空來說已經不夠了。各個層面都需要新的解決方案，以使航空業更具可持續性。德國航空航天中心 (DLR) 現已與Premium AEROTEC、空中客車公司和Aernnova聯手，展示材料和生產領域可能發生的革命如圖所示 - 開發了完全由碳纖維增強熱塑性塑料製成的機身部件。特殊塑料 (LM_PAEK) 使該組件更耐損壞，並且比鋁製組件輕約一噸。從根本上來說，我們已經開發出用於生產和裝配的新技術，從而能夠以最低的能耗實現經濟高效、資源節約的流程。
多功能機身演示機MFFD
為了檢查所使用的材料並展示必要的技術，位於奧格斯堡的 DLR製造了機身上殼，即飛機機身的上半部分。八米長的原型機“多功能機身演示機”(MFFD) 是作為歐洲研究計劃Clean Sky-2大型客機項目的一部分而開發的。目標是將飛機機身重量減少10%，飛機運行成本減少20%，以達到每月60-100架飛機的生產率。2023年7月18日，MFFD項目合作方成功交付上殼。
“在實現氣候友好型飛行的道路上，當今飛機的效率（包括通過輕型系統）必須在本世紀中葉再次翻倍，”博士說。馬克·費希爾. “由纖維增強熱塑性塑料製成的上機身外殼目前正在奧格斯堡的 DLR 製造，這是一個充滿希望的里程碑，其尺寸也獨一無二。”
熱塑性塑料或熱塑性碳纖維增強塑料（CFRP）具有特殊的性能：雖然它們在冷時保持穩定的形狀，但在一定溫度範圍內再次加熱時可以重塑形狀。這意味著部件可以比以前更好地修復和回收。熱塑性 CFRP 上殼的設計由 Premium AEROTEC 與項目合作夥伴共同設計。DLR 輕量化生產技術中心 (ZLP)顯著開發了自動化生產和機器人工具發展於奧格斯堡。研究人員已經成熟了三種基本技術：激光原位光纖沉積、連續超聲波焊接和電阻焊接。
激光、超聲波和電
為了生產飛機蒙皮，德國航天中心團隊使用了一個倒掛的機器人，它使用激光精確加熱材料條並將其分層放置，形成纖維增強塑料層壓板。材料浪費極少——節省資源，也是成本平衡的一個重要方面，因為 CFRP 比鋁貴得多。此外，不再需要在高壓釜中進行隨後的硬化處理，而這對於碳製成的飛機部件來說是必需的。這將生產時間縮短了 40%，從而進一步降低了成本。
在下一個生產步驟中，外蒙皮必須配備縱向加強件。44 根縱梁不是鉚接的，而是通過超聲波焊接到部件上的——這在世界上尚屬首例。為此，ZLP 人員讓機器人沿著縱梁移動，並進行高精度自動路徑校正。這種方法比傳統的機械作業要快得多。與下面的連接技術一樣，它還有另一個優點：沒有碎屑或灰塵，因此可以提前準備部件，並且僅在最終組裝時才連接機身外殼。對於金屬結構，切屑會損壞飛機機身中的液壓系統、電氣系統或其他裝置。
DLR 團隊開發的第三項技術涉及橫向鋼筋的安裝。所謂的框架通過電加熱並使用專門開發的工具進行電阻焊接。該工藝極其堅固，可提供最高的焊接強度。與鋁相比，熱塑性碳纖維增強塑料進一步縮短了生產時間，從而降低了經濟製造成本。由於沒有孔洞，承重飛機蒙皮保持完整且無灰塵。
為了最終將縱向加強筋連接到橫樑上，奧格斯堡公司擴大了電阻焊。由於這項工作非常細緻且極其狹窄，他們將標準機器人與小型輕型機器人結合起來。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
“無論是對專業人士還是對我個人來說，這都是一個非常具有挑戰性的項目。在短短幾年內，我們就通過 MFFD 上殼開發出了可能的替代技術，這些技術已在航空領域經過數十年的驗證。我對接下來的步驟感到很興奮，但我相信我們正走在正確的軌道上，因為輕量化結構對於未來的航空業將變得更加重要。”DLR 項目經理 Dr. ZLP 的弗雷德里克·費舍爾 (Frederic Fischer)。
通過 MFFD，DLR 成功生產了世界上最大的由纖維增強熱塑性塑料製成的飛機部件。所開發的技術的成熟度可以顯著提高，並且具有非常低的生態足蹟的特點。因此，德國航空航天中心 (DLR) 為氣候友好型飛行做出了重大貢獻。正如當前項目所示，奧格斯堡的 ZLP 具備開發下一代飛機的最佳先決條件。該技術示范增強了地區、國家和歐洲層面的競爭力。
自 6 月中旬以來，機身半殼一直由項目合作夥伴 Premium Aerotec 負責，後者在奧格斯堡工廠完成了門框的精加工和安裝。成功交付後，該部件目前正通過重型運輸運輸至位於施塔德的弗勞恩霍夫製造技術和應用材料研究所（IFAM），在那裡它將與來自荷蘭的下殼（STUNNING項目）連接起來，形成機身筒於年底完成。這些技術的最終驗證和驗證由空中客車公司在漢堡應用航空研究中心（ZAL）進行。