欧盟制定一系列TPC机体研发应用的路线图

出于对绿色环保的执念，欧盟是全球对于热塑性复合材料（TPC）的航空应用最上心的地区，主要大国都在进行相关研究。在空客公司和各个国家级航空航天联盟的支持下，欧盟制定了一系列TPC机体研发应用的路线图，如荷兰的“热塑性经济可承受性航空主结构联盟”（TAPAS）1和2，法国民航研究委员会（CORAC）“投资未来”计划，以及西班牙和意大利的计划。

这些计划与更大范围的泛欧盟合作相协调并融入其中，包括“洁净天空”（2008~2016）和“洁净天空”2（2017~2021）计划，它们是欧盟委员会“地平线2020”计划（2014~2021）的一部分。“洁净天空”是特意组织的公私合作计划，旨在让多种复合材料和金属技术的技术成熟度等级到达6，并最终为飞机生产所选用，这些计划涉及了欧洲几乎所有主要的飞机结构供应商。

这些计划以越来越大的尺寸和复杂性演示了共固化的TPC蒙皮-桁架结构，并且正逐步推广到“洁净天空”2计划中下一代飞机机身的全尺寸机身验证件，包括多功能机身验证件（WP2.1）、全尺寸下中央机身（WP2.3.2）和全尺寸“典型”中后机身（WP2.3.3）。其中，多功能机身验证件（长8米，直径2米）特别引人注目，2020年，不对称的半桶形机身设计正在使用热塑性复合材料制造。其目标是将座舱、货舱和飞机系统与机身集成在一起，以减轻重量和制造成本，同时增加乘客和货物的空间。

总体而言，法国和荷兰的TPC 开发采用了两步法，西班牙则偏爱一步法原位固结（ISC），而意大利正在尝试向ISC转换。

法国

科里奥利复合材料公司一直是TPC技术开发的主要合作伙伴，它与空客合作，通过FlashTP机床将机器人自动丝束铺放（AFP）开发为工业解决方案。与热固性预浸料技术相比，它验证了热塑性的材料和工艺性能，并确认了科里奥利等的关键开发成果。FlashTP安装在技术营地EMC2中，这是一个由空客和卡诺实验室Cetim等联合创建的研究和技术转让中心，位于空客南特工厂附近。

该工厂在复合材料领域处于领先，生产A340龙骨梁、A380中央翼盒（50％为复合材料）、适用于所有空客飞机的天线罩以及用于A340和A380的短舱进气道。

除了FlashTP机床之外，科里奥利AFP系统还在法国多个地点被用于TPC 开发，包括达索航空、大合—索卡塔、STELIA航宇和复合材料技术平台，以及在荷兰航空航天中心和热塑复合材料研究中心的TPC 开发。复合材料技术平台是一个复合材料和机器人技术研究中心，科里奥利公司与空客在这里演示了TPC机身零件，使用了科里奥利公司提供的激光器（12kW）。

在2017年巴黎航展上，STELIA航宇展出了TPC机身验证件，该验证件具有焊接的桁条和框，以及在AFP过程中集成到蒙皮的雷击保护器件。机身是通过“弓形盒TP”项目（2015~2017年）在STEIA实验室研发的，该项目是法国民航研究委员会（CORAC）组织的“投资未来”PIA、PIA2计划的一部分。

CORAC是“洁净天空”2计划WP2.3.2和WP2.3.3机身验证件项目的关键成员。“弓形盒TP”合作伙伴包括TPC和模压成型专业公司AVIACOMP、感应焊接技术的法国焊接学院组织、热塑性材料专业公司SINTEX NP（在设计/仿真和包覆成型方面也很出色），以及提供了用于框和包覆成型检修门的Pipreg碳纤维/聚醚酮酮预浸料。Cetim也是合作伙伴，生产模压的桁条和/或框。

在另一项CORAC计划中，大合设计并制造了其首个热塑性复合材料翼肋。它是为公务机量身定做的，在2018年作为“未来复合材料飞机”平台的一部分并入试验翼盒。大合声称其专利技术使TPC零件比同等金属零件轻35％，但同时指出这些零件可以与金属或更传统的热固性复合材料零件互补。

这符合“洁净天空”2的目标，即研究灵巧机身和混合材料的概念，包括传统的碳纤维增强塑料、金属、预浸料、纺织品（比如非热压罐树脂注射干织物）和TPC。大合还生产了一种热压罐固化的碳纤维增强塑料翼梁，于2018年安装在CORAC测试单元中。

荷兰

TPC 开发的重点包括：一个12米展长的扭矩盒，带有用于结构健康监测的“智能片”，以及TAPAS1中的一个4米长的机身壁板。这两种结构都具有共固化的集成加强筋。

在TAPAS 2中，一个新的扭矩盒使用了与AFP蒙皮共固化的肋条加强筋，并且还提升了技术以使这种结构用作油箱，例如，当今飞机上使用的“湿翼”。由吉凯恩航宇的福克事业部开发和生产的TAPAS 2机身验证件，采用对接正交网格技术的全焊接框，在2014年JEC展会所示。第三款TAPAS 2验证件由荷兰航空航天中心生产，并在2017年JEC展会上展出——长6米、厚28毫米的AFP厚碳纤维/聚醚醚酮发动机挂架上翼梁，不过在热压罐中进行了固化。所有TAPAS验证件都使用两个步骤的方法来实现固化的航空结构。

西班牙以及德国和奥地利

在西班牙，复合材料研发应用中心（FIDAMC）使用MTorres的AFP设备生产了多个机翼和机身验证件，所有这些都是一步法ISC，最终在“洁净天空”的非热压罐复合材料机翼项目中制造了4160毫米× 853毫米的集成加筋机翼壁板。它还生产了集成加筋的碳纤维/聚醚醚酮驾驶舱框和窗框，后者集成到“洁净天空”下一代飞机机身WP2.3验证件中。

两种不同的机身面板（一种是使用ISC生产的，另一种是使用AFP蒙皮经热压罐固化到预先模压的桁条上的），分别长1.5米、宽1米，带有3个空心帽形桁条，孔隙率小于2％。FIDAMC现在正与德国航空航天中心和西班牙Aernnova 开展“洁净天空”2多功能机体验证件计划。

原位制造的碳/热塑性弯曲加筋壁板（INSCAPE）计划是“洁净天空”2的另一个TPC 开发计划。多功能机身验证件位于“洁净天空”的最高层级的飞行器创新飞机演示计划（IADP）中，特别是大型客机IAPD。INSCAPE位于“洁净天空”2大型系统创新的技术验证件（ITD）的下面，特别是机身ITD。此处完成的工作输入大型客机IADP进行试验。

NSCAPE由空客防务与太空公司、瑞典萨伯和达索航空共同领导。此处完成的工作代表了空客与FIDAMC在“洁净天空”中合作的延续。INSCAPE由慕尼黑理工大学与FACC（与空客一起）共同协调，负责设计弯曲的、集成加筋的热塑性复合材料零件，以及所需的成型模具和铺放工具。热塑性带的铺放设备供应商AFPT也是辅助编程和制造的合作伙伴，葡萄牙工程科学与创新研究所负责测试。

空客提出了弯曲结构，试图证明其在加筋壁板上处理曲率和锥度的制造能力。在桁条—蒙皮安装和采用激光加热的一步法AFP原位固化工艺方面，INSCAPE的方法与FIDAMC的方法相似。INSCAPE对FIDAMC项目中用于半平直机翼壁板的龙门式安装的AFP进行补充，它通过更灵活的库卡机械臂、不同的桁条制造工艺以及不同的材料供应商和更快的铺放速度来解决更高的曲率和锥度的问题。这种类型的结构可用于发动机短舱、机身舱门或机身的尾锥部分，也可用于曲率较高的结构，例如前缘、发动机挂架、襟翼或其他可移动部件。

意大利

TPC前缘不仅限于大型飞机。例如，莱昂纳多直升机公司AW169轻型双旋翼直升机拥有TPC水平尾翼，该尾翼具有碳/聚苯硫醚TPC前缘。它们具有较小的前半径和超薄的肋（厚度小于1毫米）TPC是客户特别要求的，以在易受冲击的区域提供韧性。这种韧性也使其成为飞行器机身等薄壁结构的极佳选择，可以降低成本。

莱昂纳多直升机公司和飞机公司继续进行热塑性复合材料的开发，并将意大利带入欧盟路线图。莱昂纳多还是“洁净天空”2的参与者，该公司支持一些非常有趣的开发工作，这些工作可能会使ISC朝着不同的方向发展。