摘要：欧盟清洁航空计划（以前的清洁天空2计划）的多功能机身演示器（简称MFFD）项目历时10年，制成了世界最大的热塑性复合材料（TPC）飞机结构之一。MFFD是一个长8米、直径4米的机身段，它展示了诸多的复合材料制造技术，包括：通过热传导焊接实现的“无尘组装”、连续

采用多种焊接技术制造的热塑性复合材料多功能机身演示器（MFFD）（图片来源：空中客车公司）

欧盟清洁航空计划（以前的清洁天空2计划）的多功能机身演示器（简称MFFD）项目历时10年，制成了世界最大的热塑性复合材料（TPC）飞机结构之一。MFFD是一个长8米、直径4米的机身段，它展示了诸多的复合材料制造技术，包括：通过热传导焊接实现的“无尘组装”、连续超声波焊接和电阻焊接。该项目的目标之一是，探索一些替代方法，用以取代在复合材料主结构上钻孔并安装紧固件的多步骤工艺链，从而节省劳力、时间和成本并减轻重量，同时，还致力于提高“能实现高效生产和更可持续制造以对生产废料进行再利用”的热塑性塑料工艺的成熟度。

图片来源：清洁天空2和KVE Composites

MFFD是一个8米长的机身桶，通过焊接热塑性复合材料而制成。作为3个大型机身演示器之一，MFFD将于2022年得到组装，直到2023年完成测试。

在MFFD项目中，有数十个单独的项目和工作包，最前沿的两个是：STUNNING(SmarT mUlti-fuNctionNal和INtegrated thermoplastic fuselaGe)，它将开发制造MFFD的下半部分；MECATESTERS(Micro mEchanical Characterization of A ThErmoplastic Co-conSolidated/welded joinT for usE in aiRcraft fuSelages)，它是STUNNING的一部分。

“MECATESTERS项目将采用东丽先进复合材料（简称TAC，荷兰奈弗达尔）用英国威格斯（英国克利夫利斯）的LMPAEK制成的最新级别的单向预浸带来深入研究感应焊接工艺，并将该材料与 Solvay Cytec（美国佐治亚州阿尔法利塔）的UD PEKK材料进行比较。Solvay Cytec的UD PEKK材料已在TAPAS 1和TAPAS 2项目中得到了充分的研究和验证，仅次于LMPAEK UD带材的原始版本。”感应焊接技术的领先者KVE Composites（荷兰海牙）的研发主管 Maarten Labordus 解释道。东丽先进复合材料的前身是TenCate Advanced Composites（荷兰奈弗达尔），其在两个TAPAS 项目中发挥了主导作用。

清洁天空2和MFFD

清洁天空2是欧洲技术开发合作伙伴，旨在通过更符合空气动力学的机翼、更轻且更高效的发动机、新的飞机配置和更智能的系统来降低飞机噪声、排放和碳足迹。虽然清洁天空计划的许多项目都着重研究了对复合材料的应用，但也在开发对金属的应用。

该信息图显示了清洁天空计划的目标、大型演示器的参与者和组织（图片来源：清洁天空2计划）

这种类型的航空研究始于欧盟委员会研发资金框架计划(FP)，该框架计划(FP)从FP2(1987-1991)跨越到FP7(2007-2013)，为各种技术的成熟化直到达到技术成熟度(TRL)6 并在空客A350等飞机上得到应用作出了重大贡献。

清洁天空2的不同之处之一是，它围绕大型演示器进行组织。MFFD是在大型客机(LPA)创新飞机演示平台(IADP)中制造的3个全尺寸机身段之一。在LPA IAPD 中有3个平台，MFFD在平台2“创新物理集成机舱-系统-结构”中，该平台还有另外两个大型演示器。

MFFD 是清洁天空2计划的大型客机创新飞机演示平台中平台2的3个大型演示器之一（图片来源：清洁天空2信息日 CfP 09，空中客车公司Jens Koenig在2018年11月的演讲以及由《复合材料世界》编辑的清洁天空2“大型客机”）

为了理解这意味着什么，先来听听西班牙Getafe的空客机身研究与技术(R&T)工程师所说的话：“从本质上讲，我们不再希望为了制造外部结构圆筒和内部圆筒而带来重复的劳动和浪费，我们希望将结构机身与客舱系统集成在一起。”

图片来源：清洁天空2（CS2）的宣传和“热塑性复合材料演示器-欧盟未来机身路线图”

“模块化、集成化和创建通用平台是关键。”Airbus Operations GmbH（德国不来梅）的机身结构R&T典型机身研究人员兼MFFD项目负责人Ralf Herrmann表示。本文从清洁天空2网站的MFFD页面引用了Herrmann的说法：“我们很早就知道，在飞机制造中，要想通过使用热塑性复合材料来达到减重并降低经常性成本的目的，只能通过整合多学科的技术才能实现，这意味着仅关注结构根本不可能充分发挥复合材料技术的优势。”

清洁天空2项目官员Paolo Trinchieri认为，热塑性塑料的多功能性需要与设计方法结合应用才能发挥出来，他表示：“有必要在飞机的预设计阶段消除人为的功能分离，从一开始就要为高产率的飞机制造、组装和安装作好规划。”

Herrmann之前是FP7框架计划MAAXIMUS项目(More Affordable Aircraft structure through eXtended, Integrated, & Mature nUmerical Sizing)的项目经理。MAAXIMUS的执行期为2008年4月至2016年9月，有60家合作伙伴参与进来，旨在通过同时实现虚拟赋能与物理赋能的成熟化，来展示对高度优化的复合材料机身的快速开发和首次正确验证，以将大型机身段的组装时间缩短50%，消减10%的经常性成本，降低10%的结构重量，缩短20%的开发周期。

可以将MFFD的目标看作是在此基础上的一个延伸：

1. 实现70-100架飞机/月的产量；

2. 减轻1000kg的机身重量；

3. 降低20%的经常性成本。

这其中的一个关键赋能技术是，通过焊接热塑性复合材料部件来实现无尘连接（无需打孔、无需紧固件）。Herrmann解释说，目前飞机制造的顺序方法（机身结构必须相当完整，然后才能安装系统以及客舱和货舱功能）非常耗时且“对故障敏感”，而MFFD追求的则是预先配备好的、高度集成的结构元素和系统模块，这些元素和模块可以在最终组装之前很早就被安装好。

改成纵向接缝和LMPAEK

MFFD项目始于2017年，每年至少会有一次提案征集(CFP)，项目负责人会在其中概述需要进一步开发的主题。如下图所示，在CFP08(2018年4月)提案中显示的偏置接缝设计已在CFP09(2018年9月)提案中被改为纵向接缝。

凸显纵向接缝（紫色）的整个中段MFFD 设计示意图（图片来源：附件：清洁天空计划2019年11月21日第11次提案征集–主题的列表和完整描述，第77页）

“偏置接缝带来了有关地板结构的可及性和附着性问题，我们意识到这些问题很难在给定的时间框架内得到解决。”Herrmann解释说，“因此，我们决定回到传统设计来降低风险。我们的主要兴趣是展示如何整合所有的系统和客舱元素，使它们可以在主要部件组装（MCA）之前得到安装。这也将是这种热塑性复合材料在大型客机的全尺寸机身主结构中的首次应用。”

2018年，MFFD设计从采用偏置接缝改为更传统的纵向接缝（图片来源：CFP08 提案第 87页（左图），CFP09提案第133页（右图））

另一个变化是有关热塑性复合材料(TPC)的基体材料。在CFP08和CFP09提案中，MFFD主题指的是碳纤维/PEKK（聚醚酮酮），但在CFP10（2019年3月）提案中，基准材料被描述为碳纤维和威格斯的LMPAEK(低熔点聚芳醚酮)。PAEK为PEEK、PEKK 和LMPAEK 所在的整个聚合物家族。

Cetex材料的供应商TenCate（现为东丽先进复合材料）采用所有这3种聚合物生产碳纤维增强预浸带，并声称它们的性能基本相同。但实际上，Cetex TC1225 CF/LMPAEK预浸带的熔点是305℃，TC1320 CF/PEKK预浸带的熔点是340℃。而且，按照东丽先进复合材料全球首席技术官Scott Unger的说法，LMPAEK有更好的流动性，与PEKK和PEEK相比，能以更高的速度加工。TC1225的成本也更低。

MFFD下机身：STUNNING 项目

STUNNING是“开发制造配置齐全的MFFD下半部分”的项目名称。该项目旨在推动“自动化的装配流程、热塑性塑料的制造和装配技术、集成化的设计和制造开发技术、先进电气系统架构的开发”进一步走向成熟。

GKN Fokker(荷兰霍赫芬)的项目经理兼 STUNNING的项目经理Bas Veldman解释说，MFFD长8米、宽4米、半径2-2.5米，这是单通道A320系列飞机的实际尺寸。“类似于A321，它不完全是圆形的，而是大致呈蛋形，略高于宽度。”他补充道。

180 度下机身段将包括带有焊接纵梁和框架的下机身外壳、客舱和货舱地板结构以及相关的主要内部元件和系统元件。“我们将提供大型的预装配模块，以实现非常快速的即插即用的组装。”Veldman说道。

GKN Fokker是STUNNING项目的主要合作伙伴，该公司有4个部门参与到该项目之中，包括 Aerostructures（荷兰帕彭德雷赫特）、Fokker ELMO（荷兰霍格海德）、GKN Fokker Engineering Romania（布加勒斯特）和 GKN Fokker Technologies（荷兰帕彭德雷赫特）。GKN Fokker ELMO是飞机线束和电气系统技术的供应商。“它负责STUNNING项目的系统架构，并将专注于优化电气系统，同时，与CFP08 联盟 MISSION 合作，开发一种创新的电源总线系统。”Veldman解释道。

“代傲航空（德国劳普海姆）负责内部结构，包括：子系统和地板，侧墙板及其连接方式，厨房、卫生间和储藏柜等立体空间的接口，智能系统的多端口。”Veldman 继续说道，“NLR（荷兰航空航天中心，阿姆斯特丹）负责制造机身蒙皮和纵梁，代尔夫特理工大学则依据其在超声波焊接方面的专业知识来提供组装协助。”

MECATESTERS焊接测试项目

“STUNNING项目已启动了7个提案征集主题，其中5个已开始工作，包括MAYA、MISSION、EMOTION、TCTool和MECATESTERS。”Veldman说道。MECATESTERS是与KVE Composites（荷兰海牙）和 Rescoll（法国佩萨克）合作的一个大型焊接测试项目，从2019年4月启动，为期30个月。

使用东丽先进复合材料的TC1225 UD 碳纤维/LMPAEK预浸带为MECATESTERS项目制造的热压罐固化的测试面板（图片来源：KVE Composites）

Veldman 解释说，尽管KVE在织物和UD带热塑性复合材料的感应焊接方面有着悠久的历史，但迄今为止，在飞机上飞行的热感应焊接部件都是由织物制成的。“在STUNNING项目中，我们正在采用单向增强材料和LMPAEK材料建立最佳实践，同时还在典型的使用载荷和环境条件下对感应焊接和热传导焊接进行比较。”尽管电阻焊和超声波焊接包含在其他的MFFD工作包和提案中，但感应焊接和热传导焊接是MECATESTER 项目唯一涉及的两种技术。

KVE的Labordus解释说，针对3个MECATESTERS工作包（WP1、WP2和WP3），KVE 将使用热压罐固化的TC1225 UD 碳纤维/LMPAEK预浸带制造所有的测试用层压板。KVE还将为测试制备感应焊接的样品，而 GKN Fokker 将生产热传导焊接的样品，Rescoll将执行所有的物理测试。“Rescoll名字源于research和collage，collage在法语中是粘接的意思。”Labordus说道，“Rescoll以其对各种粘接类型的研究以及提供配备完好的聚合物和复合材料的测试实验室而闻名，包括机械测试、环境测试、可燃性测试以及航空航天、汽车、铁路和其他行业进行资格认证所需的所有可能的测试。”

工艺参数和测试

“实际上我们是从WP2开始来设置工艺参数，如感应焊接的温度和压力的上限和下限。”Labordus说道，“比如，我们通常会使用标称压力，但我们会使压力更低，直到开始看到孔隙等缺陷，然后我们将评估这些焊接特性，以建立较低的压力边界。”测试还将评估焊接速度，这会影响焊接冷却速率和结晶度，并可能影响力学性能。针对热传导焊接，Fokker将研究相同的参数。

准备进行感应焊接的由单向带层压板制成的单搭接剪切试样（左）和用于“采用Rescoll开发的工具对焊接的L形试样进行剪切和剥离联合测试”的测试夹具（右）（图片来源：KVE Composites, Rescoll）

为了进行评估，MECATESTERS项目将执行多项测试，包括：依据ASTM D5868-01的搭接剪切测试、L形试样的拉拔测试和剪切测试、分别依据ISO 15024 和 ISO 15114 标准的GIC和GIIC。

KVE Compositesshi在L形试样上进行的拉拔测试（左上）。在MECATESTERS项目中，为消除蒙皮挠曲问题，这种类型的测试将使用Rescoll开发的夹具和测试装置（右上）。测试试样将从焊接面板（底部）上切割下来（图片来源：Rescoll, KVE Composites）

“拉拔测试方法来自GKN Fokker制定的内部标准。”Rescoll的工程师Thomas Salat 解释道，“为了剥离载荷，对焊接型材的拉拔测试与蒙皮垂直，而为了剪切载荷，则与蒙皮平行。”Labordus指出，“剥离和剪切是两个极端，但我们也将测试它们的新组合，以反映实际的、使用中的负载条件。”该测试将针对源自MFFD 机身设计的两种不同厚度（2.2 毫米和 2.8 毫米）的层压板，在室温（RT）、低温（-55℃）和高温（80℃）下使用静态载荷来完成。

表面处理、老化和疲劳

WP1将从韧性测试开始。“对于断裂韧性测试（GIC和GIIC），我们将在复合材料中引发裂缝并测量该裂缝在加载时的行为。”Salat 解释道，“一种是静态测试，即逐渐增加载荷直到失效。我们还将进行动态测试，即将静态载荷重复100万次，这需要一到两周才能完成。我们将看看复合材料焊缝是否能承受这种疲劳。这种模式II是一种新型的循环测试。我们正在开发一种方法，它摘自欧洲大学发表的一篇技术论文，现在正在确定最终参数。”

同样在WP1中，在WP2中建立的焊接参数将被用于检查由表面处理以及老化和疲劳带来的影响。“我们将研究表面污染物以及它们如何影响焊缝。”Labordus 说道，“我们还将研究压机和热压罐加工中常用的3种不同类型的脱模剂。特定类型的表面处理包括打磨、研磨和等离子处理，以及在焊接表面使用额外的树脂膜。此外，我们还将研究纤维取向的影响，如在焊缝界面处±45 度。”

Salat表示，Rescoll还将使用70℃和90%湿度的调节室来模拟在役老化。“然后，我们将执行标准化的测试，看看是否会影响焊接性能。”Labordus 补充说，“我们将在100℃和120℃下测试有限数量的样本，以验证‘热塑性复合材料在80℃以上不会出现剧烈衰退’的说法。”

此外，疲劳测试将在单搭接剪切和拉断模式下进行。“我们将在疲劳测试中先施加80%的静态失效载荷，然后循环加载50%或75%的静态失效载荷达100万次。”Labordus说道，“我们也会做其他测试，但仍会讨论这些测试。”

焊接短的配混料制成的支架

虽然WP 3 的细节仍在最终确定之中，但其目的是，研究由短纤维材料制成的模压成型的支架与单向(UD)层压蒙皮的焊接。“我们将再次对工艺参数进行基准测试并表征焊缝的力学性能，但我们也在努力为测试定义形状。”Labordus说道。

焊接到热塑性机身上的纵梁和支架（图片来源：清洁天空2第11次提案征集 JTI-CS2-2020-CfP11-LPA-02-35，“为长的热塑性焊缝提供创新的脱粘抑制功能”，图 2，第94页）

焊接框架、夹子和支架

正如CFP10主题 JTI-CS2-2019-CfP10-LPA-02-31所述，MFFD下机身的所有框架夹和系统支架都将通过短纤维增强配混料的注射成型来制造，这些配混料是通过对工厂废料的再利用而制成，这些工厂废料是GKN Fokker在生产连续纤维增强热塑性复合材料层压板的过程中产生的。CF/PAEK是基准材料，焊接是基准的连接方法，但没有规定具体的焊接方法。

清洁天空2主题JTI-CS2-2019-CfP10-LPA-02-31 要交付的部件示例（图片来源：清洁天空2 CFP10提案第146页）

根据CFP10提案，MFFD下机身将有13个框架和大约36个纵梁，需要大约500个框架夹（注意，这些是需要进行结构测试的主结构，总数包括用于测试的夹子）和大约270个系统支架（它们是次结构），这些系统支架按类型分为：20个系统支架（1）、120个系统支架（2）、50个系统支架（3）和 80个系统支架（4）。

CFP10提案中还涉及MFFD上机身主题JTI-CS2-2019-CfP10-LPA-02-30.Aernnova Composites Illescas（西班牙伊莱斯卡斯）领导的“为热塑性基复合材料的结构连接开发创新的焊接系统”项目，计划于2020年第一季度之后开始，其研究范围是，开发一种焊接系统，以在加固部件（角撑板、楔子、配件）与结构框架之间实现结构粘接，从而获得高度集成的门围结构（DSS）。

将两半连接起来

MFFD的下半部分在完成后将被送到弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所（简称弗劳恩霍夫IFAM，德国施塔德），以便与上半部分连接起来。“我们致力于在2021年底之前交付我们这一半的机身。”Veldman说道。

如上所述，空中客车公司的Ralf Herrmann 是MMFD项目的负责人，因此，空中客车公司整合了弗劳恩霍夫IFAM和CFP07 MultiFAL（为机身装配生产线开发多功能的自动化系统）联盟的工作。CFP07 MultiFAL联盟负责将机身的两个部分连接起来，与STUNNING项目和上机身团队合作，为应对众多挑战而开发解决方案。

其中的一些已在第11次提案征集（2019年11月）的两个主题中被披露，这两个主题均由空客牵头，将于2020年第四季度之后启动，标题为“用于封闭纵向桶形接缝的工装、设备和辅助设备”：

• JTI-CS2-2020-CfP11-LPA-02-33，“：对接带集成和雷击防护连续性”；

• JTI-CS2-2020-CfP11-LPA-02-34，“：搭接接缝和框架耦合集成”。

由Airbus Bremen的主题经理兼MFFD工作包的负责人Piet Wölcken 撰写，这些主题中的主要挑战包括：

1JTI-CS2-2020-CFP11-LPA-02-33，对接带接缝

• 演示器的左手侧（飞行方向）包括乘客门围。该区域的蒙皮厚度是变化的，需要阶梯式对接带集成，连接上下蒙皮；

• 考虑到接缝的复杂性，采用加热压板的热传导焊接是首选的连接技术。

2雷击防护的电气连续性

• 金属雷击防护（LSP）的电气连续性必须通过机身外部的两个纵向接缝来实现；

• 预计用于对接带集成的工装头可用于此目的。

（左上）搭接接缝：搭接接缝设计采用了阶梯式方法，请注意，下壳位于机身内侧；（左下）对接带集成：许多上覆条带需要在阶梯状接缝上集成，请注意，对接带位于机身外侧；（右）金属雷击防护的电气连续性必须在CFRP机身外部的纵向接缝上实现，红色表示预配备的雷击防护，蓝色表示雷击防护将作为本主题的一部分而得到应用（图片来源：清洁天空2第11次提案征集JTI-CS2-2020-CfP11-LPA-02-33和JTI-CS2-2020-CfP11-LPA-02-34，“对接带集成和雷击防护连续性”，第78页和第86页）

3JTI-CS2-2020-CFP11-LPA-02-34，重叠接缝

• 位于演示器右手侧（飞行方向）的8米长重叠接缝连接了上下机身蒙皮。在纵向方向，小于3毫米的蒙皮厚度在焊接区域是恒定的。在圆周方向，蒙皮具有阶梯式形状，以提高结构性能；

• 为了实现高产率，超声波焊接是首选的连接方式。

4JTI-CS2-2020-CfP11-LPA-02-34，框架耦合集成

• 搭接接缝：搭接接缝下方的框架耦合需要对上下壳体框架进行结构粘接；

• 对接带：对接带下方的框架耦合需要对上下壳体框架进行结构粘接，并连接到蒙皮上；

• 电阻焊是应对这一技术挑战的首选技术。

框架耦合集成。请注意，作为技术演示的一部分，框架耦合的每一侧都不同（图片来源：清洁天空2 第11次提案征集JTI-CS2-2020-CfP11-LPA-02-34，“用于封闭纵向桶形接缝的工装、设备和辅助设备：重叠接缝和框架耦合集成”，图5，第 86页）

焊接方法、工装头和公差

Herrmann解释说，热传导焊接将通过对接带接缝在左手侧得到展示，超声波焊接将通过搭接接缝在右手侧得到展示，而电阻焊将被用于框架耦合。“MFFD将展示许多技术方法，因此，与制造一个实际的机身不同，而是将其设计为一个展示并熟化技术的载体。”他补充道。

开发焊接工装头

由Wölcken撰写的这两个主题的目标是，为这些焊接接缝开发所需的工装头。“在将两个部分焊接在一起时，必须施加热和压力，在焊接过程中，这是由工装头来施加的。”他解释道，“Fokker类型的热传导焊接工艺是在一侧主动施加热和压力，而来自支撑的被动压力则施加在另一侧。对接接缝是一个6层的带叠层，在连接时，我们将放上该叠层并在焊接过程中加热它。然而，由于LMPAEK UD带材在焊接中相对较新，我们必须了解工艺条件并要知道如何来补偿公差。因此，我们必须定义材料和厚度，以及工装头的形状。”

“需要注意的是，使用这种类型的对接接缝是我们对飞机其他接缝所做的标准流程。”Wölcken 表示，“对于MFFD，我们希望使上下机身保持这种标准做法而不变，以最大程度地减少我们必须订制的材料量。”

公差的灵活性

Wölcken表示，由于焊接表面的最上层基本上会熔化成液体，然后压在一起，这就为适应公差带来了很大的灵活性。需要注意的是，目前，对于由热固性的碳纤维增强聚合物（CFRP）制成的机翼和机身，这些公差问题可以通过应用一种液态填隙粘合剂来解决。虽然很少有人愿意公开讨论这个话题，但在复合材料的飞机结构中，有关填隙的普遍问题已得到广泛认可，并且已经公布了减少和/或消除这一问题的举措，比如用于垂直尾翼的 Flexmont 装配方法。

“我们确实希望通过使用热塑性复合材料，特别是通过利用我们的设计理念并借鉴我们在热固性CFRP和金属焊接方面积累的经验，而在解决公差问题上获得一些优势，关键是，要在加热和施压过程中进行现场监测。”Wölcken说道并强调热量是首要参数。“我惊讶于热塑性复合材料的焊接过程对压力的耐受性，这方面的主要挑战是控制这种压力以及如何使之降低。目前，我们正在监测焊接接缝的背面。”

弗劳恩霍夫IFAM的自动化装配工厂系统（左上），以及正在修改之中的CFP07工作主题开头的维度（右上），以适应 360°机身，焊接 MFFD 的纵向和环向接缝（图片来源：弗劳恩霍夫IFAM和cfk-valley.com，清洁天空2第7次提案征集，JTI-CS2-2017-CfP07-LPA-02-22，第76页）

装配自动化

在第7次提案征集中，主题JTI-CS2-2017-CfP07-LPA-02-22，“为机身纵向和环向接缝开发全尺寸的自动化工厂系统”由MultiFAL联盟中的弗劳恩霍夫IFAM 领导。下面的摘录阐明了如何使用上述的焊接工装头（目前正在开发中）：“实现热塑性机身的组装过程，公差成为一个主要话题。机身外壳的定位和取向，以及由焊接过程引起的变形，都需要保持在公差范围内。采用最先进的纵向接缝工艺，可以获得与之相当的精度，在此，每个方向的位置误差应该控制在0.5毫米以内（某些例外情况可达1毫米）。可以假设，对于20毫米宽的焊缝，需要用自动化的系统从两侧向连接面上施加大约1000牛顿的预紧力（与焊接技术无关）。”

弗劳恩霍夫IFAM（也是CTC Stade开发 Flexmont VTP 装配工艺的合作伙伴）介绍了其起点：一个内部的装配工厂系统，可以操纵长2-8米、高达6米的部件，包括单通道飞机的180°外壳。该系统通过对10台协作六足机器人、24个线性装置和模块化的机架元件进行灵活布置而得以实现。带有6轴力和扭矩传感器的真空夹子可根据需要调整部件的姿态和形状，以管理装配过程中的公差。对这些快速迭代调整的指导和监控，是通过光学测量设备实现的。

根据 CFP07 文本，弗劳恩霍夫IFAM 将为操作完整的360°机身而改进其装配工厂系统，这项工作计划于2018年第二季度开始，在36个月内完成。

STUNNING联盟正在与SAM|XL合作，为组装 MFFD下机身开发自动化系统（图片来源：samxl.com）

在STUNNING项目中，将与研究中心SAM|XL（智能先进制造XL，荷兰代尔夫特）合作，展示用于组装下机身的自动化焊接技术。SAM|XL汇聚代尔夫特理工大学的航空航天工程小组和机器人研究所，专注于实现大型轻质复合材料结构制造的自动化。GKN-Fokker是一家重要的参与者。正在研究的方法之一是顺序点位超声焊(sequential spot ultrasonic welding)，这已在清洁天空1 Eco Design 项目和 TAPAS 2 中得到了证明，可以快速有效地将短纤维增强复合材料的支架或夹子连接到机身结构上。

Villegas在其2016年题为“热塑性复合材料的智能超声波焊接”的论文中指出，可以通过顺序焊接来扩大超声波焊接工艺的规模，即让连续的相邻点焊线具有与连续焊道相同的作用。在清洁天空EcoDesign演示器的TPC机身面板中使用的实验室规模的顺序点焊，采用平面能量导向器将CF/PEEK铰链和CF/PEKK支架焊接到CF/PEEK C型框架上。在双搭接剪切和拉通测试中，与机械紧固接头的实验比较显示了其前景。作为代尔夫特理工大学团队成员，Villega的同事Tian Zhao在其2018年的论文（和2019年的论文）中，以及Villegas 在其2019 年的论文中，都进一步探讨了这项工艺。

STUNNING联盟与代尔夫特理工大学和SAM|XL正在采用这项技术，将多个系统和半结构支架、加强元件和纵梁焊接到MFFD下机身外壳上。

MFFD组装的工作分解和时间表（图片来源：清洁天空2第11次提案征集JTI-CS2-2020-CfP11-LPA-02-33，“用于封装纵向桶形接缝的工装、设备和辅助设备：对接带集成和雷击防护连续性”，第79页和第82页）

数字孪生阶段，2020年及以后

据来自Clean Sky网站的消息，MFFD项目于2019年11月成功地通过了关键设计审查（CDR），达到了一个重要里程碑。按照上述时间表，MFFD设计于2020-2021年进入“数字孪生阶段”。这意味着什么呢？“虽然我们已经完成了设计阶段的大部分工作，但我们通过使用特定的生命周期管理方法而更进了一步。”Herrmann解释道，“在部件制造过程中，我们根据NDT结果和工艺参数对缺陷和不合格项进行建模。我们希望将这些工业4.0数据与生命周期管理结合起来，以便继续根据我们实际制造的产品来订制设计。我们想看看我们能将此推向多远，以及到清洁天空2 结束时我们能完成什么。”

2020年的主要议程是制造。“我们希望在2020年展示各个部分。”Veldman说道。对STUNNING 项目而言，最大的挑战是什么？“组装。”他回答道，“在STUNNING 中没有那么多，但我们的下机身存在与门围结构、多个空客交付的组件以及整个上机身的多个接口。在正确的时间交付所有东西，然后将其全部整合在一起，这需要进行许多开发。”

这带来了一个问题：热塑性复合材料能被用于2030-2035年投产的下一代飞机上吗？“的确，我们想要尝试使用我们正在研究的技术。”Herrmann说道，“但我不能说，热塑性复合材料是否或者何时会出现在未来的飞机上。对我们来说，最重要的是，探索热塑性复合材料在飞机上的应用推动了无尘连接技术的开发，这可以使飞机的月产量提高到每月70多架。我们必须展示它的可行性，这不仅适用于金属，也适用于热塑性复合材料。”

“到该项目结束时，我们将对热塑性复合材料焊接有更全面的了解，并将获得批准，能够将其用于大型的飞机主结构。”Salat说道，“如果我们能够将其用于未来的飞机，我们就可以显著减轻重量并提高可持续性。”但也许同样重要的是， 清洁天空计划能够将欧洲的航空研究和创新利益相关者更紧密地联系在一起。“我们每季度举行一次会议，会上，我能与LPA指导委员会的所有成员坐在一起。”Veldman说道，“我们在谈论欧洲的整个航空工业，这无疑有助于为未来开辟机遇，不仅为能够为我们供货的公司，也为广泛的合作开辟机遇。”

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来源：冉哥说事