01
概述
Science & Technology
隨著C919帶動國內大飛機制造業崛起,也引起了復合材料相關飛機零部件制造技術發展,協會通過調查國際頭部飛機制造企業結合前沿技術項目,力求為國內相關行業發展提供參考。近日Broetje-Automation與Spirit AeroSystems共同完成了用于自動化飛機預制件生產的連續復合預制系統(CCPS)項目。該系統集成了從卷材到加強梁的所有工作步驟,采用全自動、占地面積更小的流程,為未來飛機項目邁出了下一步。連續復合預制系統(CCPS)整合了連續、高效預制所需的所有工作步驟,長度達44米。多年來,Broetje-Automation(位于德國Rastede)一直與Spirit AeroSystems(位于美國堪薩斯州Wichita)合作,以穩定、連續的流程進一步自動化飛機大型復合結構部件的預制。這個為期多年的項目現已在Spirit的航空創新中心(AIC)位于蘇格蘭Prestwick完成。
圖 CCPS系統展示區
通過這種方式,可以快速且經濟高效地實現可重復的、高質量的、長且復雜的型材(如未來飛機的加強梁)。鋪設速率為每小時100公斤僅是起點。盡管如此,飛機制造中大型結構部件的預制,特別是由碳纖維增強聚合物(CFRP)制成的部件,通常仍是一個手工過程——最好的情況下是半自動的,因此既耗時又耗資,并且經常占用大量車間空間和勞動力資源。減少人工工作量、車間空間需求并顯著提高產出成為這個聯合項目的主要目標。
02
系統原理
Science & Technology
連續復合預制系統(CCPS)將所有工作步驟整合成一個連續的、完全自動化的過程——從材料的解卷和放置;到單層的縱向、橫向和輪廓切割;到固定、成形、修整和縱向彎曲成各種加強部件(加強梁組)用于飛機翼。Broetje-Automation與其長期合作伙伴西門子(位于德國慕尼黑)緊密合作,利用其廣泛的硬件處理和軟件產品組合,以確保材料、工具和過程控制的精確協調和控制。
圖 CCPS系統生產現場
CCPS系統通過專門設計的“投放單元”從多個卷軸供應干燥復合材料,用于放置、修剪和運輸層。一主驅動器和線尾的一個輔助驅動器連續地拉/推至少一層底層和頂層材料穿過整個過程。在此過程中,各層被堆疊,每層都有其自己的長度、寬度和輪廓。為此,CCPS配備了多種切割機制,其中一些是可移動的。為了確保所有層的均勻輸送速度,投放單元的輸送機驅動器與主驅動器電子同步,并因此可以在整個長度上進行控制。
實際的層疊建構是通過使用不同的成型技術,包括加熱和冷卻過程,在幾個連續步驟中完成的。根據所需的部件輪廓,還會加入填充物,修剪邊緣,并且整個部件在接近最終輪廓的情況下進行變形,以在連續過程中實現所需的部件幾何形狀。
所有組件以及Spirit的待批專利技術,包括100多個伺服驅動器,都必須精確且無縫地控制。復雜的個別步驟由Siemens提供的兩個CPU在安全故障模式下協調。該生產線通過Simatic工業平板和Simatic WinCC advanced進行操作和可視化。集成的加熱控制系統實現了對敏感材料溫和的精確溫度控制。
據Broetje-Automation和Spirit表示,CCPS的生產率顯著高于任何手工或半自動預成型過程,盡管整體系統的優化才剛剛開始。這項發展證明了在朝著未來飛機項目應用的下一步進化步驟中實現更高速度的能力。此外,一個完整的工廠已被整合到一個據說僅占用一小部分地面空間和能源消耗的系統中。這也可能有助于未來幾代飛機的生產系統更加可持續。
03
最新市場消息
Science & Technology
在2023年第四季度,Spirit AeroSystems的收入較2022年同期有所增長,這主要歸因于商業項目的生產交付量增加、國防與太空以及售后市場部門收入的提升,以及之前披露的來自波音的影響。
在2023年10月執行的備忘錄協議("MOA")中包括了對波音787項目的有利價格調整,以及與波音737垂直尾翼連接配件問題相關的潛在索賠的撤銷。2023年第四季度的總交付量增至398套船級,相比2022年同期的343套有所增加。其中包括波音737的交付量為104套,較上一年同期的81套增加。截至2023年第四季度末,Spirit AeroSystems的訂單積壓量約為490億美元,其中包括空中客車和波音訂單積壓中的所有商用平臺的工作包。
2023年第四季度,與2022年同期相比,營業收入有所改善,主要是由于2023年10月執行的波音MOA對波音787項目產生的有利影響,包括估算的有利變動以及在2023年第四季度確認的實質性權利義務負債逆轉。由于波音MOA執行導致的波音787項目的有利價格調整,Spirit在2023年第四季度記錄了205.6百萬美元的預期虧損逆轉和155.0百萬美元與波音787項目相關的實質性權利義務負債逆轉。
2023年第四季度的總估算變化包括34.3百萬美元的凈預期虧損逆轉和55.4百萬美元的不利累計追趕調整,后者針對第四季度之前的時期。凈預期虧損逆轉主要由上述討論的波音787項目推動,以及由于供應鏈、勞動力和其他成本估算增加導致的空中客車A350和A220項目的額外預期虧損。空中客車A350項目的76.0百萬美元和A220項目的57.7百萬美元預期虧損,包括預計履行義務超出2025年后總計28.8百萬美元的凈增量虧損。不利的累計追趕調整主要與波音737項目有關,反映了工廠性能成本的增加。2023年第四季度的過剩能力成本為31.2百萬美元。相比之下,在2022年第四季度,Spirit記錄了113.7百萬美元的凈預期虧損費用、58.7百萬美元的不利累計追趕調整和31.2百萬美元的過剩能力成本。
圖 Spirit AeroSystems 2023年4季度財報
值得注意的項目是Spirit AeroSystems與英國國防部合作,通過“蚊子團隊”(Team MOSQUITO)項目,開發輕型、經濟、新型作戰飛機(LANCA)概念。此合作旨在提供一種無人作戰示范機,利用先進的復合材料制造解決方案和創新技術,以增強空勤人員的保護、生存能力和信息優勢 。此外,Spirit AeroSystems與Sierra Space建立了戰略合作伙伴關系,通過共同開發和生產Shooting Star運輸車輛以及Dream Chaser系列空天飛機,來加速商業航天的商業化。這一合作伙伴關系旨在降低進入太空的成本,提高軌道服務貨物模塊系統的效率,并支持活躍的商業太空經濟 。這些項目強調了Spirit AeroSystems在航空和太空領域推動前瞻性解決方案的作用,突顯了他們在制造和創新方面的專長。盡管這些項目與CCPS計劃不同,但它們反映了公司更廣泛的戰略目標,即在技術進步方面處于領導地位,并為未來的航空和防務能力做出貢獻。
信息來源:
[1]Spiritaero.com
[2]Composites world.com
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