空客A350前机身部分组装
图片来源：空中客车公司
2019年底，COVID-19导致的新型冠状病毒爆发。到目前为止，为了防止病毒的传播，一些国家禁止航空旅行，而许多人则完全停止乘飞机旅行。
Teal 集团航空运输市场各部门展望。
图片来源：Teal Group
其结果是对全球商业航空旅行市场的毁灭性打击。起初，全球航空客运下降了约90%，数千架飞机停飞。最终，一些人更习惯乘坐飞机所以选择回到了空中，导致市场小幅复苏。航空行业分析机构蒂尔集团（Teal Group）的数据显示，到2020年10月底，全球航空客运量较2019年下降了约63%。结果，世界各地的航空公司停飞飞机，员工休假，取消或推迟新飞机订单。一些较小的航空公司已经破产。
空客和波音
对此，空客（法国图卢兹）和美国波音公司（U.S.）都降低了各自生产的所有飞机的生产率。由于737 MAX的两次坠毁，波音公司在2019年停止了该机型的生产，实际上在2020年5月重新开始了737的生产（以非常低的速度），预计这架飞机将重新获得飞行资格。该公司表示，希望到2022年将这一数字增加到31个。777/777X减少到每月5架，767减少到每月6架，复合密集的787减少到每月10架（到2021年可能会减少到6架）。
空中客车公司将A320的产量从2019年的平均每月53辆减少到40辆。A330和复合材料密集型A350的产量分别减少到每月2辆和6辆。此外，波音公司于2020年10月初宣布，它将在2021年关闭美国华盛顿州西雅图市的所有787装配厂，并将其合并到公司在美国南卡罗来纳州北查尔斯顿的工厂中。波音和空中客车公司的一些员工已经休假或解雇。
假设一个COVID-19疫苗开发和中期全球部署至2021年下旬，而且很有可能是因为全球商业航空旅行将返回到它的一些大流行前正常水平，但何时以及如何复苏时能只被推测。中国首先受到了冠状病毒的袭击，并采取了最严格的缓解病毒措施，如今中国的航空旅行开始恢复。根据Gardner Intelligence的数据，截至2020年10月，中国的航空旅客旅行量与2019年同期相比下降了25％。
对于世界其他地区，前景尚不确定。大多数分析师预测，服务于国内和地区航线的单通道飞机（737，A220，A320）将首先恢复服务，并可能在2024年之前帮助该类型飞机的生产和交付恢复到2019年的水平。大型双通道飞机的恢复速度可能会更慢。蒂尔集团（Teal Group）预测，直到2030年之后，这些飞机787、777X，A350，A330的生产和交付才可能恢复到2019年的水平。
停放的飞机
照片来源：盖蒂图片社
如果这种情况成立，那么空中客车公司和波音公司将处于明显不同的竞争地位。空中客车公司的飞机产品组合为它提供了满足任何航空公司需求的产品选择，从较小的单通道150座A220到长途双通道400座A350-1000。介于两者之间的是空中客车公司最赚钱和最成功的飞机，即单通道A320，现在包括A321XLR，这是一种远程（4700海里）单通道飞机，最多可容纳244名乘客。A321XLR，在2019年巴黎航展上推出，预计会在2023年开始服役，不过这可能会根据冠状病毒大流行的发生方式而有所变化。无论如何，随着客运量的恢复，空中客车似乎可以很好地满足客户的需求。空中客车公司首席执行官Guillaume Faury在公开声明中表示，有兴趣确保飞机恢复生产后，空中客车公司及其供应链保持稳定和完整。为此，空中客车公司不愿对飞机的生产率进行颠覆性的改变，尤其是在2021年开始复苏。英国《金融时报》于2020年10月22日报道，空中客车公司希望A320系列飞机的产量增加18％的的2021年下半年“我们已经要求供应链上的保护多达47速度为市场复苏时有所准备，”空客在说FT报告。“这项决定旨在使我们的供应链更具可见性。”
相反，波音在四个方面处于劣势。首先，由于飞机的自动飞行控制系统造成两次致命坠机，波音公司对A320的模拟飞机737 MAX于2019年停飞。波音公司在2019年全年和2020年的大部分时间里都在纠正飞行控制系统，对其进行测试，培训飞行员使用该系统并获得美国联邦航空管理局（FAA）和欧盟航空安全局（EASA）的重新认证。同时，流感大流行，导致许多737 MAX客户延迟或取消订单。
波音公司的第二个挑战在于它没有与空客A321XLR竞争的飞机。大流行之前，波音公司在图纸上拥有一架名为NMA（新中型飞机）的新飞机，这是一架双通道，200~270座，4000~5000海里的飞机，可安装在737 MAX 10和波音737之间。公司阵容中的787-8。假定这种飞机将大量使用复合材料。然而，最终，波音无法说服市场需要NMA，此外，该公司已将其大量资源投入到让737 MAX重新生产中。
波音的第三个挑战是777X，它是非常成功的777的继任者。777X是双通道，可容纳426名乘客，航程为7285海里当它在2013年宣布时是有道理的，但在一个以大流行为主导的世界中，几乎没有国际旅行，它的未来值得怀疑。777X原本应该在2021年获得认证，但是发动机问题和大流行将其推迟到2022年。从复合材料的角度来看，777X值得注意，因为它具有航空航天业最大的碳纤维复合材料机翼，跨度达71.8米。机翼由波音公司在其位于华盛顿州埃弗里特的复合机翼中心制造，并在大型ASC工艺系统（美国加利福尼亚州巴伦西亚）的高压釜中进行了固化，该高压釜的直径为8.5米，长为37米。波音显然希望并需要让737 MAX重新投入使用，以便它可以开始产生现金。所有其他程序似乎都是次要的。
最后，相对于空客而言，波音面临的第四个挑战是缺少类似于A220的较小的单通道飞机。波音公司在2018年7月宣布了与巴西飞机制造商巴西航空工业公司（圣保罗）建立战略合作伙伴关系的计划，该公司将生产70~100座位范围的较小型单通道飞机以与A220竞争。该伙伴关系要求波音公司投资42亿美元，购买巴西航空工业公司80％的商业航空业务。然而，在2020年4月，波音解散了该协议，声称巴西航空工业公司未履行某些义务。巴西航空工业公司不同意波音的说法，声称波音根本不想在大流行中花费42亿美元。无论如何，波音公司都失去了开发其产品所缺乏的飞机类型的机会。
高速率，高质量
高速率，高质量
大流行之前，航空复合材料供应链一直在加紧准备自己的组织，以组织一个或两个新的飞机计划—人们普遍认为这是A320和737的单通道替代品，服役日期约为2030年。会以每月60~100的速度制造，当然会消耗大量的复合材料。
新型单通道飞机复合材料的使用范围尚待商榷，但几乎可以肯定的是，机翼、机翼的机匣和机尾结构以及机身也可能如此。以每天至少两个船队的速度制造如此大的航空结构，将需要迁移到超高压灭菌（OOA）的材料和工艺，包括树脂传递模塑（RTM）、液态树脂灌注、压缩模塑和热塑性复合材料。确实，从树脂和纤维生产商到一级结构制造商的整个复合材料供应链，都已经在材料和工艺（M＆P）方面进行了大量投资，以满足这一预期需求。
然而，冠状病毒大流行不仅减慢了现有飞机的生产速度，而且将新飞机的开发推迟了数年，使供应链已经实施的一些M＆P混乱了。话虽如此，尽管对高速率，大批量复合材料制造的需求可能不那么紧迫，但这也同样重要，特别是考虑到新材料和新工艺的合格交期很长。有鉴于此，到2020年，有多个研发计划追求高速率，高质量，OOA航空复合材料制造解决方案。
Clean Sky 2 MFFD
大部分研发活动都在欧洲进行，那里的公共资金使人们对正在开发的技术有了更大的了解。欧洲最受关注的程序是Clean Sky 2，其中最引人注目的子程序之一是多功能机身演示器
（MFFD）。正如CW的报告中详细介绍的那样，“多功能机身演示器的发展”，该项目的主要交付成果是由空客与学术界和航空业的合作伙伴共同领导的，是一款长8米的热塑性复合材料，单通道商用飞机机身机筒演示器，将于2022年生产。MFFD是Clean Sky 2的大型客机（LPA）创新飞机演示平台（IADP）内生产的三个全尺寸机身部分之一。MFFD项目始于2014年，其目标包括：实现每月60~100架飞机的生产率；减轻机身重量1000公斤；将经常性费用降低20％。为了实现这些目标，数十个单独的项目和工作包正在完成，并且生产出两个主要结构：上部机身壳和下部机身壳，将它们焊接在一起以形成最终的演示器。
（MFFD）。正如CW的报告中详细介绍的那样，“多功能机身演示器的发展”，该项目的主要交付成果是由空客与学术界和航空业的合作伙伴共同领导的，是一款长8米的热塑性复合材料，单通道商用飞机机身机筒演示器，将于2022年生产。MFFD是Clean Sky 2的大型客机（LPA）创新飞机演示平台（IADP）内生产的三个全尺寸机身部分之一。MFFD项目始于2014年，其目标包括：实现每月60~100架飞机的生产率；减轻机身重量1000公斤；将经常性费用降低20％。为了实现这些目标，数十个单独的项目和工作包正在完成，并且生产出两个主要结构：上部机身壳和下部机身壳，将它们焊接在一起以形成最终的演示器。
MFFD的下部机身部分是通过STUNNING项目生产的（智能多功能和一体式热塑性机身），将包括下部机身壳体，焊接纵梁和框架，机舱和货物地板结构以及相关的内部和系统元素。令人惊叹的是由GKN Fokker（荷兰Papendrecht）与主要合作伙伴Diehl Aviation（德国劳普海姆），（荷兰阿姆斯特丹NLR）和代尔夫特理工大学（荷兰代尔夫特TU Delft ）领导。该项目旨在进一步完善自动化装配过程，热塑性塑料制造和焊接技术，集成设计和制造开发以及先进的电气系统架构。
生产8米长上壳的财团包括空中客车公司；Premium Aerotec（德国奥格斯堡），是工业和结构设计的负责人；DLR，负责皮肤铺层和焊接技术的开发；和Aernnova（西班牙Vitoria-Gasteiz）生产纵梁。该财团正在开发新型先进的纤维铺放（AFP）技术，特别是对碳纤维/ PAEK皮肤铺层进行原位固结，以及连续超声焊接和电阻焊的工业化，以整合纵梁，框架和其他组件，提高安全性并降低成本。DLR首先建造了一个1米长的预演示器测试壳，以在建造完整规模的演示器之前验证技术，并计划在2020年底之前为预演示器壳制作外壳。纵梁计划于2021年初交付。两半部的完整版本有望在2021年底完成。一旦完成，它们将被焊接到最终的演示器上。弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所IFAM（德国施塔德）。
明日之翼
由空中客车公司牵头的另一个备受瞩目的项目是“明天之翼”（WOT），该项目旨在评估OOA加工机翼结构（包括机翼蒙皮/纵梁，翼梁和肋骨）的成本和可行性。参与的公司和组织包括Spirit AeroSystems（英国Prestwick），GKN Aerospace（英国Redditch），Northrop Grumman（美国犹他州Clearfield）和国家复合材料中心（NCC，英国布里斯托尔）。
正如CW在“更新：下部机翼蒙皮，明日之翼”中所详细描述的，Spirit AeroSystems正在开发液态树脂灌注工艺，以制造用于WOT的下部机翼蒙皮，并在2020年阐明了其取得的进展。2020年之前，Spirit已经制造了7米的机翼蒙皮演示器，然后在2020年夏季交付了17米的全尺寸工具，以便该公司可以制造用于测试和评估的结构。
17米的演示器将代表下机翼蒙皮的近似形状和大小，从概念上讲，这将是一架新的单通道商用飞机，替代A320。皮肤的最大弦长为3.3米，尖端为1.1米宽。蒙皮层压板的厚度在尖端附近为5毫米，在与主要起落架配件的蒙皮界面处为30毫米。机翼蒙皮将使用由Spirit AeroSystems开发的一套称为智能树脂输注系统（IRIS）的技术进行生产，该技术包括专用工具，自动材料沉积，集成的桁条成型和严密控制的工艺温度。该系统的核心是位于模具表面附近的嵌入式工具加热技术，该技术使用位于模具表面附近的低压电阻加热来提供快速而精确的温度控制。通过控制和调节功率输入来达到加热水平。碳纤维工具包括一个IML加热盖以及一个半柔性，可重复使用的真空袋。
机翼蒙皮的干增强材料由Teijin Carbon Europe GmbH（德国伍珀塔尔）提供，该供应商来自该供应商的中等模量，24k丝束碳纤维。纤维规格包括单向（UD）织物以及双轴和三轴非卷曲织物（NCF）。还包括玻璃纤维贴片，用于钻头开裂并防止电偶腐蚀。桁架中可以找到相同的帝人NCF增强材料，该桁架将通过由自动化专家Broetje-Automation GmbH（Solvay Composite Materials）开发的定制连续桁架成型机制造（德国拉斯特德）。桁条成型机将能够生产具有变化的厚度，曲率和叶片角度的桁条。选择用于机翼蒙皮的树脂系统是来自美国乔治亚州Alpharetta的单组分环氧树脂系统。Brown指出，树脂将通过“多个”注射点输送到干增强材料中，这些注射点经过精心选择，以最大程度地提高注射速度和润湿性。注射设备由Composite Integration Ltd.（英国萨尔塔什）提供。如前所述，该结构将用半柔性，可重复使用的袋子进行真空包装，并由巨大的加热盖覆盖。
预计将使用专门的模具温度控制技术，与单件式树脂系统，流动介质（来自美国加利福尼亚州亨廷顿比奇的Airtech International）和一块衬板相结合，以加快树脂的吸收和注入干燥剂的速度。纤维。此外，树脂将首先注入皮肤，最后注入纵梁。该过程需要多长时间尚待观察，但Spirit AeroSystems说在约4小时内注入7米长的机翼皮肤；该公司预计17米长的皮肤将在相同的时间内注入。
下一代扰流板
正如CW在“高速率，自动航空RTM生产线提供下一代扰流器”中报道的那样，由空中客车和Spirit AeroSystems牵头的另一项M＆P计划更加直接适用，但也着眼于未来飞机的生产。开发用于制造A320扰流板的高度自动化的树脂传递模塑生产线。自A320发射以来，复合材料扰流板（每个机翼上有五个）是手工制作的。空中客车公司希望提高生产能力和产品质量，与Spirit合作，共同开发了Spirit现在在其Prestwick工厂生产的可替换扰流板。
每个扰流板长约1.8米，宽约0.7米。它的前端厚度约为50毫米，后缘的锥度约为5毫米。每个扰流板在其前缘的中间还具有一个200毫米 x 100毫米的金属支架，机械执行器附接到该金属支架上，对于A320，则为杆端执行器。在每个前缘的拐角处还有较小的金属固定点。
Spirit RTM生产线包括在6台Schmidt＆Heinzmann（德国布鲁萨尔）切割台上对Teijin和Hexcel（美国康涅狄格州斯坦福德）的碳纤维织物进行自动切割和安装，并在Pinette Emidecau Industries（法国Chalon Sur Saone）的预成型坯上进行预成型，将预成型坯手动加载到RTM模具中，然后在Coexpair（比利时那慕尔）提供的7台RTM压力机之一上用RTM 6（Hexcel）环氧树脂模制。每台压力机旁边是树脂泵系统，也由Coexpair提供。
以全速生产，这条生产线将以前所未有的速度和质量和一致性生产扰流板，这在航空复合材料制造中是前所未有的。Spirit系列每月以65个船队的速度生产，其中包括空中客车公司的新型A321XLR，每年将生产近6500个扰流板。以每月100个船队的理论速度计算，这个数字跃升至10000。该公司表示，与传统产品相比，Spirit的A320扰流板在重量上不受影响，并且成本降低了30％。
航空航天中的氢气
由燃烧氢驱动的商用飞机的发展前景在2020年突然变得紧迫，6月，法国170亿美元的大流行救助计划与Clean Sky 2发表的“氢动力航空”报告的目标挂钩。法航也表示，到2024年，将国内航班的CO2排放量减少一半。然后，在7月，空客首席执行官Guillaume Faury在接受《航空周刊》的采访时承诺，到2035年首架脱碳飞机EIS；他预计该计划将于2027~2028年启动，并在2025年之前使必要的技术成熟。
9月，空中客车公司宣布启动其ZEROe计划，该计划包括三种飞机概念，每种概念均由氢驱动：
涡轮风扇设计（120~200名乘客），航程为2000多海里，能够跨洲运行，并通过燃烧后使用氢气而非喷气燃料的改良型燃气涡轮发动机提供动力。液态氢将通过位于后压力舱壁后面的储罐进行存储和分配。
涡轮螺旋桨飞机设计（最多可容纳100名乘客）使用涡轮螺旋桨引擎代替涡轮风扇，并且还通过改进的燃气涡轮发动机中的氢燃烧来提供动力，该引擎能够行驶超过1000海里，因此是短途航行的理想选择牵引旅行。
“混合机翼主体”设计（最多200名乘客）的概念，其中机翼与飞机的主体合并，其射程与涡轮风扇概念的射程相似。超宽的机身为氢气的存储和分配以及机舱布局提供了多种选择。
然而，正如CW的Ginger Gardiner报道的那样，氢作为燃料来源的生存能力（不论其行业如何）取决于年轻但发展迅速的各种运输，运输和存储技术的迅速发展。这些技术的商业化并非易事，但正在解决它们。今年7月，ZeroAvia（美国加利福尼亚州霍利斯特）完成了对单引擎，六座管道飞机的测试飞行，该飞机经过改装以使用压缩氢气（H2）气体，并公布了在美国进行的类似改装双涡轮螺旋桨飞机的飞行测试， 19个座位的Dornier 按照其路线图执行228，以认证20个座位的H2到2023年将提供500英里航程的飞机。然后，在2020年8月，环球氢能公司（美国加利福尼亚州洛杉矶）宣布为50个座位的飞机提供双燃料箱模块，并为区域航空公司/运营商加油物流和基础设施到2024年实现商业化。
如果以氢气为动力的商业航空旅行真正实现，那么它很可能首先在支线飞机中实现，就像上面提到的多尼尔飞机一样。接下来将是单通道飞机，如A220和A320。最后一种具有氢气功能的飞机将是A350等远程宽体机体。
复合材料在储氢系统中使用的最大挑战之一是管理液态氢的低温温度要求，空中客车公司称这是其对ZEROe计划的偏爱。另一个挑战将是在飞机飞行过程中，随着飞机高度的升高和降低（从而升高和降低环境压力），应对氢压力的潜在变化。无论如何，要在2035年之前实现氢动力飞行，就必须消除重大的技术障碍。
热固性与热塑性
复合材料通常会与金属竞争，但在航空航天领域，复合材料也会与自身竞争。一个很好的例子是热固性塑料，它在航空航天领域是合格的，而热塑性塑料，尽管在工业上并不新鲜，但在大型初级航空结构中的使用历史不长。最近的一些研究试图对两种材料和相关工艺进行逐个比较。
正如CW的报告“复合材料的自动生产：液体成型还是焊接热塑性塑料？”位于奥格斯堡的轻型生产技术中心（ZLP）的德国航空航天中心（DLR）结构与设计研究所比较了双通道空客A350的液态模制热固性后压舱壁（RPB）和热塑性RPB的性能。单通道空客A320。这两个项目均与这些结构的一级供应商Premium Aerotec Group（德国奥格斯堡的PAG）合作，并在评估周期时间和成本的同时展示了自动化。
工作的结果参差不齐，但很有希望。热固性灌注工艺显示出降低成本的巨大潜力，但将需要一定程度的自动化生产，以实现实施的前期费用。热塑性复合材料的制造工艺使重量从41公斤减少到35公斤，工艺和组装时间减少了75％，部件总成本减少了10％以上，但是该技术需要进一步成熟才能被考虑用于生产。
正如CW的报告“复合材料的自动生产：液体成型还是焊接热塑性塑料？”位于奥格斯堡的轻型生产技术中心（ZLP）的德国航空航天中心（DLR）结构与设计研究所比较了双通道空客A350的液态模制热固性后压舱壁（RPB）和热塑性RPB的性能。单通道空客A320。这两个项目均与这些结构的一级供应商Premium Aerotec Group（德国奥格斯堡的PAG）合作，并在评估周期时间和成本的同时展示了自动化。
工作的结果参差不齐，但很有希望。热固性灌注工艺显示出降低成本的巨大潜力，但将需要一定程度的自动化生产，以实现实施的前期费用。热塑性复合材料的制造工艺使重量从41公斤减少到35公斤，工艺和组装时间减少了75％，部件总成本减少了10％以上，但是该技术需要进一步成熟才能被考虑用于生产。
城市空中交通（UAM）
城市空气流动性（UAM）处于起步阶段，但对航空复合材料行业而言可能极其重要，它正在迅速崛起，成为复合材料制造中自动化和工业化的驱动力。正如CW在“新兴的城市空中交通市场的复合材料航空结构”中报道的那样，UAM飞机是小型的2~6人座旋翼飞机，或者是由电池驱动，能够垂直起飞和降落，可以进行驾驶或自主驾驶，并设计用于携带的飞机旅客和/或货物之间或城市间的空中出租车服务。
如今，有超过100家公司致力于开发用于空中出租车或货物运输服务的UAM飞机，但是只有少数公司获得了足够的资金来生产飞行原型或示威者。它们是：Beta Technologies（美国佛蒙特州南伯灵顿），EHang（中国广州），Joby Aviation（美国加州圣克鲁斯），Lilium（德国慕尼黑），Pipistrel（斯洛文尼亚Ajdovščina），Volocopter（德国Bruchsal）和Wisk（美国加利福尼亚州山景城）。所有这些供应商都在其工艺中使用复合材料，但是鉴于每个供应商仍处于原型制作阶段，因此制造工艺主要是传统的手工铺网。但是，那将不得不改变。
可以预见的是，空中出租车服务的领导者之一是Uber，该公司创建了空中乘车共享服务Uber Elevate。Uber Elevate已与多个UAM制造合作伙伴签约，后者将为该公司制造飞机。这些包括Aurora Flight Sciences、贝尔、巴西航空工业公司、现代、Jaunt航空、Joby航空、Overair和Pipistrel垂直解决方案。
Uber的车辆设计和结构负责人Mischa Pollack在CAMX 2020演讲中表示，该公司预计到2023年将在几个城市对其服务进行初步认证，然后在2026年进行扩展，然后在2028年进行大规模推广。到2035年，他说，Uber Elevate预计将在50多个市场提供空中乘车共享服务，每年需求10000架UAM飞机。他说：“这个数字仍接近商业航空制造速度，但我们仍需要复合材料制造才能发展。”
这样的演变是什么样的？Pollack的全速生产愿望清单基本上是复合材料行业多年来一直期望的工业化路线图：每年高达4500公吨的高模量/高强度碳纤维，通过自动胶带和纤维铺放提高自动化程度，扩大使用压缩和拉挤工艺，战略性地使用纤维增强的增材制造，自动粘接和焊接，实时在线检查，几乎没有浪费，增加了对低能耗材料的使用，对回收材料的大量使用以及可持续能源，材料和工艺策略的应用。看来，复合材料行业大约要五年才能完成所有这些工作。
超音速商业旅行
有两家公司正在开发全新的超音速客机。一个是Boom Supersonic（美国科罗拉多州丹佛），另一个是Aerion（美国内华达州里诺）。10月7日，Boom Supersonic推出了XB-1，这是其Overture超音速喷气机的三分之一规模的演示者。复合材料密集型XB-1将展示Overture的关键技术， 该公司有自己的目标，包括到2022年建造演示器，2025年推出以及旨在到2029年开始载客的目标。该XB-1将于2021年前往美国加利福尼亚州莫哈韦，进行飞行测试之前，它将完成其正在进行的广泛地面测试计划。同时，该公司表示将最终确定Overture的推进系统，并进行风洞测试以验证飞机设计。序曲的最高速度预计为2.2马赫，巡航高度为60000英尺（19354米），旅客（55~75）从悉尼到洛杉矶仅需7个小时，从华盛顿特区到伦敦仅需3.5个小时。
Aerion正在开发AS2公务机，可容纳8~10名乘客，超音速巡航速度为1.4马赫。它将能够在4个小时内将纽约飞往伦敦，而在短短7个小时内就能将伦敦飞往北京。Aerion在2019年末宣布，GKN航空航天公司将为AS2开发尾翼，赛峰集团将设计发动机机舱，制动系统和起落架。2020年7月，Aerion签署了一项备忘录协议，以扩大Spirit AeroSystems（美国堪萨斯州威塔塔）在AS2研发中的作用，以包括前机身的生产。作为协议的一部分，Spirit承诺对AS2进行更多投资计划，并增加了用于AS2复合前机身设计的工程资源。
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