先进材料技术是民用飞机和发动机发展的物质基础，对于飞机结构可靠性至关重要，是提升民机经济性，向低碳绿色化方向发展的重要动力。年，国外民机材料总体发展虽受疫情影响，但复合材料、新的铝合金和钛合金工艺、涂层等多种功能性产品表现依然亮眼。
复合材料部件进一步得到考核验证
碳纤维增强树脂基复合材料具有比金属更加优异的比强度和刚度，已在民机领域广泛应用。据估计，年碳纤维增强树脂基复合材料的市值可达到亿美元。当前碳纤维复合材料的发展热点围绕提升综合性能、新工艺降成本、绿色节能减排的方向开展。（1）东丽公司发布CMA预浸料系列AMS规范3月，东丽美国复合材料公司宣布全新结构预浸料系列产品CMA正式上市。该产品已建立并具有广泛共识的设计许用值数据库，方便用户获取相关信息。美国汽车工程师协会材料委员会已经针对东丽公司的-2单向带和织物产品建立了全新AMS规范；目前该材料已经通过AMS进行采购和质量认证。在CMH-17手册的下一个修订版本中将会发布5批次系列产品的设计许用值。许用值的测试和数据库的建立是根据FAA要求而完成的，这项工作旨在为军用、商用及航空航天等领域主要结构复合材料应用的设计和认证提供便利。东丽公司指出，材料系列的问世，主要目的通过复合材料在更大范围上代替金属结构，显著减轻结构重量，实现更长的使用寿命，更低的生命周期成本和碳排放，实现设计性能上较大跨越。（2）奥地利FACC成功开发树脂传递模塑新型复合材料襟翼原型件图1FACC明日之翼襟翼原型
3月，奥地利FACC公司表示，正与法国空中客车公司合作，开展“明日之翼”（WOT）计划，开发下一代机翼技术，并为批量生产做好准备。FACC的主要工作重点是开发用于生产三个主要机翼部件的创新制造工艺。FACC的第一个子项目，翼盒下盖的开发于年成功完成。FACC的第二个子项目涉及通过树脂传递模塑工艺制造襟翼原型。在开发5米长的“多单元襟翼”时，重点是探寻技术可能性。整体结构能够避免随后的高组装成本，从而在制造过程中实现高度成熟度和高生产率。经验证，除了复杂的构造方法和新材料（多轴向织物）的使用外，生产过程中的工具设计也是高度创新。FACC的第三个子项目是扰流板和下垂板的开发。（3）荷宇航试制大型热塑性复合材料飞机机身结构件图2荷宇航“多功能机身演示器”8.5米长下机身蒙皮
6月，荷宇航联合团队表示，有望制成“多功能机身演示器”（MFFD）最大结构组件（8.5米长下机身蒙皮），显著推进“洁净天空”2项目进展。热塑性复合材料能够达到钢/铝等传统材料相同的强度与耐用性；同时大幅缩短机体生产/维护周期，显著减重减排。热塑性复合材料是欧盟“洁净天空”2项目开发下一代机身结构的主要验证材料。在项目中，联合团队的目标是研究如何将不同的制造过程有机融合，使结构性/非结构性组件完美集成。为此，联合团队应用新材料，尝试制造了飞机的下机身组件。在制造过程中，联合团队应用了NLR最先进的自动纤维铺设技术，下半部分原位固化，上半部分通过热压罐固化，充分了解/验证了热塑性复合材料材料和自动纤维铺设技术对于制造飞机蒙皮、加强筋/底梁/机舱/舱门等结构件方面的通用性。这一开创性试验项目的成功，开创了大型热塑性复合材料结构件制造的先河。虽然在成本方面，热塑性复合材料件较传统热固性材料件更贵，但从长期收益来看，新材料更具优势。热塑性复合材料比热固性材料轻，基体材料更坚韧，抗冲击损伤能力更强；另外，热塑性复合材料零件结合时，只需要进行加热即可有效连接，无需使用传统紧固件，整体集成性和轻量化优势显著。（4）日本帝人公司Tenax?碳纤维预浸料用于超扇发动机短舱图3罗·罗公司的“超扇”发动机
6月，日本帝人公司Tenax?碳纤维预浸料已通过航空发动机短舱部件中航空发动机整流罩的应用验证，有望在下一代空客飞机发动机——罗·罗公司的“超扇”发动机中装机应用。帝人公司的Tenax?预浸料有多种样式，如单向、编织和粗纱，主要通过碳纤维、玻璃纤维或对位芳纶纤维预浸未固化的热固性树脂（环氧树脂）制成，也可预浸碳化硅纤维和沥青基碳纤维等增强体。Tenax?预浸料可采用热压罐成型、冲压成型、真空成型、内压成型等多种加工方式。Tenax?预浸料专为使用高性能和快速固化工艺环氧树脂的航空领域研发，与应用于飞机上的传统预浸料相比，可在更低的温度和更短的时间内成型。除了一般的热压罐成型外，Tenax?预浸料还广泛适用于大批量生产的模压成型，实现飞机应用所需的卓越品质。此外，这种预浸料还能够与自动纤维铺放（AFP）技术兼容，因此可以与自动层压技术和短时成型能力相结合，最大限度地提高生产效率，具有出色的生产效率和成本效益。（5）美国利用碳纤维玻化剂复合材料实现结构疲劳的逆转图4上：0、15和40%应变下的玻化剂，显示交联网络断裂；下：键促进加速中的交联（左）和修复酯交换（右）活性原子
图5研究人员展示的真实和模拟的玻化剂复合材料
12月，美国华盛顿大学伦斯勒理工学院和北京化工大学的研究人员提出了一种具有玻璃状聚合物基体的复合材料，可逆转疲劳损伤。该复合材料的基体是由常规环氧树脂和被称为vitrimer（玻化剂）的特殊环氧树脂组成。玻化剂与普通环氧树脂相比，关键区别在于当加热到临界温度以上时，发生可逆交联反应，具有自我修复的能力。即使在,次损坏循环后，也可以通过定期加热到略高于80°C的时间来逆转复合材料中的疲劳。此外，利用碳材料在暴露于射频电磁场时发热的性质，可取代传统加热器的使用，用于有选择地修复组件。该方法解决了疲劳损伤的“不可逆”性质，且可以几乎无限期地逆转或推迟复合材料疲劳引起的损伤，延长结构材料的使用寿命，降低维护和运营成本。新型合金工艺得到探索
金属材料作为传统飞机用材，性能已接近极限。当前的民机金属材料研究主要围绕轻质铝合金和钛合金的低成本增材制造展开，改良铝合金导电性替代较重铜导线部件，也是本年度金属领域的一个新的思路。（1）俄罗斯科学家开发新型铝合金7月，俄罗斯国立科技大学开发出具有独特耐热性同时兼具更高耐用性的铝合金线材。研究人员在电磁结晶器中铸造形成直径约10毫米的长坯料，在不针对铝合金进行均质化和硬化的传统操作情况下，对长坯进行了直接变形——轧制和拉拔成功地获得了一种热稳定结构（达到甚至能够超过4℃），该结构明显优于已知的具有热稳定性的铝合金，在℃至3℃的温度范围内仍能保持良好性能。技术关键在于铸造和退火，这两项工艺步骤中产生了包含铜、锰和锆的热稳定纳米颗粒结构。目前已经能够实现用这种合金生产高强度耐热线材，未来可作为耐热、高强度导电体，用于飞机，代替价格昂贵且重量较重的铜导体。（2）德国开发钛合金悬浮凝胶浇铸工艺7月，德国弗劳恩霍夫生产技术和先进材料研究所以Ti-6Al-4V合金粉末悬浮液为原料，通过悬浮凝胶浇铸工艺和烧结热处理，制造出完整的钛合金部件，简化了钛合金部件增材制造工艺。弗劳恩霍夫生产技术和先进材料研究所拥有专利技术MoldJet?，工艺优势在于可提供从金属浆料开发、打印测试、几何形状优化和热处理（热脱脂和烧结）全过程生产线，以实现功能部件的低成本制造。采用增材制造工艺生产的钛合金部件具有成本低、处理简单、表面质量高、适用于低重力条件等优点，未来有望用于航空领域。图6利用悬浮凝胶浇筑工艺制造的钛合金支架
多个功能性产品得以推出
在民机功能材料领域，由于功能产品不需要结构材料那样长的考核验证周期，产品的更新换代速度明显大于结构材料。本年度多个航空功能性材料产品得到推出，典型有飞机的底漆和粘合剂、隔音降噪气凝胶以及获批可用的航空燃油。（1）比利时索尔维公司开发新款粘合剂与底漆产品6月，比利时索尔维公司推出AeroPaste?6、9、1等三款粘合剂产品，及一款BR?非铬酸盐底漆产品，这些航空粘合剂和表面处理技术可改善零件组装效率和加工灵活性，有助于不断提高生产率。AeroPaste?是索尔维公司的下一代环氧基结构粘合剂产品，专为实现快速组装和自动化而设计，对胶层厚度的变化具有出色的耐受性，可支持航空航天的工业化需求。BR?是索尔维公司的下一代非铬酸盐底漆，具有出色的机械性能、使用灵活性和底漆厚度变化耐受性，使用寿命可达天，其耐腐蚀性能与铬酸盐底漆相似。图7两架喷涂机器人
（2）英国开发出可降低飞机发动机噪音的石墨烯气凝胶6月，英国巴斯大学开发出一种极轻的石墨烯材料一石墨烯氧化物-聚乙烯醇气凝胶，每立方米重量仅为2.1公斤，是有史以来制造的最轻的隔音材料。这种材料可降低飞机发动机的噪音，提高乘客的舒适性，用作飞机发动机内部的绝缘材料，减少多达16分贝的噪音，从而使喷气式发动机发出的分贝的轰鸣声降到更接近吹风机的声音。目前，研究小组正在测试并进一步优化这种材料，以提供更好的散热，提高燃油效率和安全。预计这种气凝胶将在18个月内进入使用阶段。图8巴斯大学开发的气凝胶材料结构
（3）高辛烷值无铅燃油获得FAA补充型号合格证7月，通用航空改装公司（GAMI）宣布获得美国联邦航空管理局（FAA）颁发的补充型号证书，可使用GUL高辛烷值无铅航空燃油，这是将GUL航空燃油引入北美机场和飞机的重要里程碑。GAMI公司在大陆和莱康明发动机上进行了完整的FAA第33部耐久性测试，新燃料可与油箱和燃油系统中的所有材料兼容。UL航空燃油不仅可以消除环境中的铅燃烧副产物，还有益于发动机的耐久性。测试表明，使用UL航空燃油的发动机具有更清洁的气缸燃烧室，而没有典型的LL航空汽油铅沉积物。GUL航空燃油是目前LL航空燃油的替代品，使用四乙基铅来提高辛烷值，因此具有高压缩比的发动机可避免破坏性爆震。GAMI公司将在塞斯纳飞机机队率先应用GUL航空燃油。来源民机战略观察作者
航空工业发展研究中心胡燕萍▌声明：空天界登载此文出于传递更多信息之目的，文章内容仅供参考。部分图片难以找到原始出处，故文中未加以标注，如若侵犯了您的权益，请第一时间联系我们。转载、合作、加入粉丝群请联系小助手（）预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇