下一代单通道对复合材料行业的影响-2
时机：当明天变成今天
也许下一代单通道最大的未知数是它的到货日期。 波音公司的 737 MAX 项目于 2017 年投入使用。空客的 A320neo 自 2016 年开始服役， A321XLR 机型预计将于 今年晚些时候交付。
A321neo（以及 LR-长航程和 XLR-超航程变体） 多 年来一直是波音公司的问题；该飞机满足了许多航空公 司在航程、运力和经济性方面的关键需求。尽管波音公 司试图使用 MAX 进行竞争，但空客的机型在续航里程 方面表现出色。截至 2024 年 3 月底，空客积压了 7177 架 A320 系列飞机，其中 4947 架为 A321。相比之下，整 个波音 737 家族积压了 4828 架飞机。
在疫情之前，波音公司应对空客挑战的解决方案是 “新型中型飞机”（NMA），有时被称为市场中的中型 飞机或 797。据了解，这架飞机是一架小型双通道飞机， 但由于疫情和 737 MAX 的挑战，该项目最终被搁置。对 波音公司来说，新的单通道飞机提供了一个更好地与空 客产品竞争的机会，尤其是 A321XLR。由于 737 是基于 20 世纪 60 年代的设计，即使与最新型号相比， 设计新 机型可以提供显著的改进。
然而， 在 2022 年 11 月，波音公司首席执行官大 卫 · 卡尔霍恩（David Calhoun） 表示， 他预计要到 2030 年中才会有新的计划，并表示“ 我认为我们甚至不会在 这十年内开始绘图。”对于 2035 年投入服务，业界预计 将在 2028 年左右宣布新计划， 距离下一个计划开始还 有大约四年的时间。
此外，今年 3 月，卡尔霍恩宣布，他将于 2024 年底 与董事会主席一起卸任。虽然不能保证战略的转变，但 波音公司有可能重新评估其产品决策，并在几年内推进 新飞机的计划。尽管波音公司可能没有立即制定新项目 的计划，但我们知道，研发项目将继续确保公司做好准 备。
对于空中客车公司，行业评论传统上认为， 空中客 车公司可能会等待波音公司宣布决定，然后再宣布自己 的决定。然而， 最近， 我们认为空客的决定越来越与波 音脱钩， 它很可能会推进自己的议程。例如，该公司已 经在其“明日之翼”项目上投资了近十年。这些发展可 能会转化为 A320neo 系列飞机，我们认为这可能是对波 音公司任何新的单通道计划的回应。
航空航天供应基地似乎渴望下一代飞机。几年来， 该行业本身的盈利能力一直很低，新项目为差异化和增 长创造了机会。除了经济方面，许多供应商的工程人才 利用不足， 一项新计划可以帮助重振员工队伍。
技术：扩大规模
在 2019 年的高峰期， 波音 787 的产量达到了每月 14 架。空中客车公司计划在 2028 年将 A350 的产量提高 到每月 12 架。然而， 对于 A320 家族来说，产量要高得 多。空中客车公司宣布计划到 2026 年将 A320neo 系列 飞机的产量提高到每月 75 架。
如此高的生产率给复合材料带来了许多挑战。 787 航空结构是使用碳纤维预浸料的自动胶带叠层（ATL） 制造的， 这需要热压罐。例如， 787 中央翼盒的固化时间为 8-9 小时。在非常高的生产率下，这些零件将需要 非常大的热压罐资本支出，再加上工厂空间来支持这么 庞大的工业设施。
存在非热压罐（OOA）解决方案，这形成了“明日 之翼”和类似项目背后的大部分研究。然而， 以这种飞 机的规模和生产速度来看，很少有例子。 A220 比 A320 小， 采用全复合材料机翼，依靠树脂注入。尽管该计划 的初衷是在没有高压釜的情况下生产机翼，但由于灌注 过程的缺陷， 最终固化仍然需要热压罐。我们预计， 为 了经济地生产这些飞机，机翼需要 OOA 工艺。
对于机身，技术开发仍然活跃。作为“清洁天空 2 ” 项目 的一部分，欧盟目前有多功能机身演示器（MFFD） 计划，该计划展示了几种新型热塑性复合材料技术。 日 本“HondaJet”公务机也采用了复合材料机身，其目标 是在 2028 年获得认证，使飞机能够在更高的高度飞行， 燃烧更少的燃料。值得注意的是，这种设计采用了热塑 性塑料， Spirit AeroSystems 和 GKN Aerospace 帮助开创 了该飞机的许多工艺。如果从质量和生产经济的角度来 看，这一计划被证明是成功的，这将进一步增强人们对 使用热塑性复合材料航空结构的信心。
空中客车公司和波音公司越是深入推进这些新项 目，我们就越有可能相信包括机身在内的热塑性复合材 料将被纳入这架飞机的设计中。如果波音公司在 2030 年 代上半年宣布飞机计划，我们相信它很可能会有复合材 料机翼和铝制机身。或者，如果这种情况发生在下一个 十年末， 它更有可能采用复合材料机身和热塑性技术。
图 3. 年碳纤维需求量。复合材料单通道可能是 航空航天行业碳纤维需求的最大驱动因素之一。
下一座要攀登的山
对于复合材料行业来说，两个大型单通道项目的影 响可能是显著的（图 3）。假设两个全面升级的复合材 料机翼单通道项目每月交付 100 架飞机（或总共 200 架）， 我们估计每年对超过 10000 公吨碳纤维的需求。包括机 身在内， 这一数字上升到 13000 多公吨。这占目前航空 航天碳纤维需求量的 90%以上， 占所有细分市场每年消耗的 130000 多公吨碳纤维的近 10%。然而， 碳纤维增长 的美元价值将远高于 10%，因为航空航天消耗的碳纤维 在碳纤维行业的整体价值中所占比例要高得多。
然而，为了给航空航天领域一种规模感， 我们最乐 观的城市空中交通（UAM-urban air mobility） 预测为每年 10000 台，预测整个行业只需要 4000 公吨碳纤维。因此， 尽管无人机被宣传为航空航天复合材料的下一个前沿 领域，但我们的分析表明， 下一个单通道项目将对复合 材料行业产生更大的影响。
除了满足材料生产要求外，该行业面临的最大挑战 将是以可行的成本实现复合材料零件的质量和一致的 生产率。尽管自动化取得了进步，但今天的大部分航空 结构活动仍然是劳动密集型的。复合材料尤其需要熟练 的劳动力。为了应对这些飞机带来的速率挑战，航空航 天复合材料技术必须从一个工艺行业发展到一个以更 自动化和高速率工艺为主的行业。
在下一代机身中采用复合材料需要新技术、先进的 供应链和原始设备制造商的领导。在航空航天复合材料 领域， 下一个要攀登的高峰不仅仅是一次升级， 而是 一 次重新定义航空航天和复合材料生产技术边界的机会。
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简 评
空客“新 A320 ”机翼采用环氧热固性 碳纤维复合材料、机身采用高温热塑性碳纤维复合材料， 已经是板上钉钉，毫无悬念了。
波音“新型中型飞机”（NMA），机 身、机翼都采用复合材料。但是没有 提到用高温热塑性碳纤维复合材料。它的新特点是，客舱是双通道； 而货 舱是单通道设计。
到 2030 年波音推出代替现 737MAX的新方案， 飞机一但投入市场， C919 就更难与波音、空客竞争了！
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原文见， 《 The next-generation single-aisle: Implications for the composites industry 》 2024.6.14
杨超凡 2024.6.14
