該演示件采用特殊材料制成(LM_PAEK)，不易損壞，比鋁制組件輕約一噸。此外，該演示件還使用了全新的生產(chǎn)和裝配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了具有成本效益、資源節(jié)約的生產(chǎn)流程，最大限度減少了能源消耗。

 

　

 

　　MFFD多功能機(jī)身演示器

 

　　該演示件的機(jī)身半殼（飛機(jī)機(jī)身的上半部分）在奧格斯堡的DLR制造，目的是研究使用的材料并展示必要的技術(shù)。該演示件長約8米，是作為歐洲潔凈天空2研究計(jì)劃大型客機(jī)計(jì)劃的一部分而開發(fā)的，目標(biāo)是將飛機(jī)機(jī)身重量減少10%，運(yùn)營成本降低20%，以達(dá)到每月60-100架飛機(jī)的生產(chǎn)效率。2023年7月18日，MFFD項(xiàng)目合作伙伴成功完成半殼交付。

 

　　熱塑性碳纖維復(fù)合材料(CFRP)具有特殊性能，在一定溫度范圍內(nèi)重新加熱時(shí)可以重塑形狀，這意味著部件可以更有效地進(jìn)行修復(fù)和回收。熱塑性CFRP上殼的設(shè)計(jì)由Premium AEROTEC公司主導(dǎo)完成。自動(dòng)化生產(chǎn)和機(jī)器人工具主要是由DLR輕量化生產(chǎn)技術(shù)中心（ZLP）開發(fā)，目前研究人員已經(jīng)掌握了三項(xiàng)基本技術(shù)——激光原位光纖放置、連續(xù)超聲波焊接和電阻焊接。

 

　　激光、超聲波和電阻焊接

 

　　為了生產(chǎn)飛機(jī)外殼，DLR團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)倒掛的機(jī)器人，使用激光精確加熱材料條并將其分層，形成復(fù)合材料層壓板。由于材料浪費(fèi)極少，因此該系統(tǒng)材料利用率極高。這在平衡成本方面非常重要，因?yàn)镃FRP的成本比鋁高得多。此外，由于不需要在熱壓釜中固化，該系統(tǒng)將生產(chǎn)時(shí)間縮短了40%，從而進(jìn)一步降低了成本。

 

　　在下一個(gè)生產(chǎn)步驟中，外蒙皮必須安裝縱向加強(qiáng)筋，而且44個(gè)縱梁不是鉚接的，而是通過超聲波焊接到部件上的，這在世界上尚屬首創(chuàng)。為此，ZLP團(tuán)隊(duì)讓機(jī)器人沿著縱梁移動(dòng)，并進(jìn)行高精度自動(dòng)路徑校正。這種方法比傳統(tǒng)的機(jī)械過程要快得多，而且與后續(xù)的連接技術(shù)一樣，具有不產(chǎn)生切屑或灰塵的優(yōu)點(diǎn)，因此無需在最終組裝之前將機(jī)身外殼連接在一起。

 

　　DLR團(tuán)隊(duì)開發(fā)的第三項(xiàng)技術(shù)涉及橫向加強(qiáng)筋的安裝。該技術(shù)使用電流對(duì)肋條進(jìn)行加熱，并使用專門工具進(jìn)行電阻焊接，可提供極高的焊接強(qiáng)度。與鋁合金相比，熱塑性CFRP減少了生產(chǎn)時(shí)間，降低了制造成本，而且由于沒有孔洞，可使飛機(jī)蒙皮保持完整且無灰塵。

 

　　奧格斯堡團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了電阻焊接工藝，將縱向加強(qiáng)筋連接到橫梁上。由于這項(xiàng)工作非常細(xì)致并且在極其狹窄的條件下進(jìn)行，研究團(tuán)隊(duì)將標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人與小型輕型機(jī)器人結(jié)合起來，這種靈活控制的“協(xié)作機(jī)器人”能夠自動(dòng)與框架和縱梁對(duì)齊，并快速準(zhǔn)確地焊接數(shù)十個(gè)連接元件。

 

　　計(jì)劃和潛力

 

　　通過MFFD，DLR成功生產(chǎn)了世界上最大的由纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制成的飛機(jī)部件。該項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)成熟度顯著提高，且碳足跡非常大幅降低。因此，DLR為氣候友好型飛行做出了重大貢獻(xiàn)。正如當(dāng)前項(xiàng)目所示，ZLP團(tuán)隊(duì)已為開發(fā)下一代飛機(jī)鋪平了道路。該技術(shù)提高了地區(qū)、國家和歐洲層面的競爭力。

 

　　自6月中旬以來，機(jī)身半殼運(yùn)抵項(xiàng)目合作伙Premium AEROTEC公司，并在其奧格斯堡工廠完成了門框的精加工和安裝工作。成功交付后，該部件目前正被運(yùn)送位于施塔德的弗勞恩霍夫制造技術(shù)和先進(jìn)材料研究所（IFAM），在那里它將與來自荷蘭的機(jī)身下殼體（STUNNING項(xiàng)目）連接起來，在今年年底前形成完整的機(jī)身外殼部分。隨后，空客公司將在漢堡應(yīng)用航空研究中心(ZAL)對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行最終驗(yàn)證。