ASCEND计劃更新:联合設計下一代高速汽車與航空航天复合材料

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跨范畴互助。ASCEND規劃的方针是在英國境内為航空航天和汽車行業創建可共用的复合質料供给链。項目互助火伴包含專門從事数字东西、質料、工装制造設計等的原始装备制造商、質料制造商、钻研機谈判供给商。

汽車後地板設計。後地板组件（此处顯示了包含毗連到車辆底盘其他部門的衬着圖）展現了迈凯伦公司立异的预成型和胶带沉积工藝。截至2022年末，第一批布局部件已完成制造并在車辆长進行相干測试。

第一個翼梢小翼部件。從如今起頭一向到2024年項目竣事，完备的翼梢小翼演示驗證件将终极完成。這類热成型翼肋是第一批出產出来的布局零部件，它利用美國赫氏和比利時索尔维公司為ASCEND規劃開辟的快速固化预浸料制造。

主動化事情单位。ASCEND規劃互助火伴Airborne公司開辟了一種全主動预成型和RTM单位，将于2023年夏日摆設在GKN航宇公司位于布里斯托尔的全世界技能中間，用于出產该規劃中的多個航空航天演示驗證件。

工装設計。翼梢小翼演示驗證件研發事情的一部門是開辟新的RTM制造东西，以實現更快速的主動化制造。自加热和外形影象聚合物（SMP）东西是此中利用的關頭技能之一。

　　新一代設計东西。数字線索和優化仿真技能是全部項目中的重要使命。存眷可延续性。ASCEND規劃流程的每步都不竭斟酌削减废料和排放。

2月22日，复合質料世界網站報导了ACCEND規劃的最新希望，英國GKN航宇公司、迈凯伦汽車公司和其他位于英國的互助火伴開展了更加慎密的互助，旨在實現高出產速度、可以或许支撑工業4.0成长的可延续質料與工藝。在先辈复合質料范畴開启航空航天與高端汽車制造業供给链的互助，是一次很是成心义和測驗考试，今朝取患了部門比力可观的钻研功效。

全世界范畴内，航空复合質料供给链正在尽力為飞機原始装备制造商供给潜伏的解决方案，以更高速度出產更多复合質料密集型飞機的部件——包含研發新質料、新工藝、新布局毗連在内的诸多立异技能。在這一海潮中，英國也不破例。

约莫3年前，英國GKN航宇公司集成复合質料布局技能总监、英國工業委員會复合質料带领論坛（CLF）主席格雷格·卡尔，起頭重點存眷到CLF成員及互助火伴迈凯伦汽車公司的高度主動化技能，该公司在其位于英國谢菲尔德的迈凯伦复合質料技能中間致力于出產高質量的复合質料汽車部件。两家公司很称心識到，或许跨范畴互助可觉得两邊都带来不少益处。

迈凯伦公司于2018年開設了复合質料技能中間，其事情重點是為公司高機能車辆開辟能以更高速度制造复合質料的技能。這里所指的“更高速度”象征着每一年出產出几千個及格的大型零部件。

現實上在汽車范畴，几千個零部件的年產量其實不是严酷意义上的“高速度”，但详细到复合質料零部件就是很是顯著的“高速度”。迈凯伦公司内部一向認為，對付出產速度和操纵复合質料構建繁杂集成部件的方法而言，公司的营業模式更靠近航空航天業而不是主流汽車工業。GKN航宇公司和迈凯伦公司起頭摸索，若何更好地操纵两邊都明白必要的复合質料制造技能。在汽車工業高速度出產制造能力和航空航天范畴超高質量请求之間，應當存在一個均衡點，使得两邊互利雙赢。

基于上述會商，ASCEND（航空航天與汽車供给链结合成长）規劃于2021年頭正式启動。這項斥資4000万英镑、為期4年的規劃由GKN航宇公司位于英國布里斯托尔的全世界技能中間（GTC）牵頭，由英國Axillium钻研公司组织和辦理。英國當局經由過程“立异英國”（Innovate UK）和英國航空航天技能钻研所（ATI）向该項目供给了部門財務支撑。

除GKN航宇公司、迈凯伦汽車公司和Axillium钻研公司，ASCEND規劃還包含其他13個跨供给链的英國項目互助火伴：Assyst Bullmer软件公司、英國Cygnet Texkimp公司、Far-UK公司、赫氏复合質料公司（Hexcel）、Hive复合質料公司、LMAT公司、Loop科技公司、英國國度复合材猜中心（NCC）、Rafinex公司、Sigmatex公司、索尔维复合質料公司（Solvay）、Airborne公司和Des复合質料公司。

ASCEND規劃的带领者将其称為跨范畴技能和供给链開辟規劃，旨在将航空航天工業和汽車工業慎密地連系起来。详细的，對付商用单通道飞機来讲，ASCEND規劃的方针是知足每個月100架复合質料密集型飞機的出產速率；對付都會空中交通（UAM）市場来讲，速度可能要高很多。

Axillium钻研公司董事长Will Searle暗示，该規劃的重要内容不但是開辟演示驗證件，并且是為航空航天與汽車行業缔造跨范畴和集成供给链的解决方案，使產物的制造速率更快。當前面對的最大挑战、也是實現技能冲破的焦點問題是，若何将現有出產率提高1倍，并經由過程這類方法實現新零部件的快速出產和跨行業共用。

規劃包括五大主題：從設計到查驗

ASCEND規劃包含五個主題：轻量化設計东西

将来質料系统

主動化高速度

電气化、多功效化

集成夹杂布局

這五個主題将經由過程17項使命解决，這些使命進一步细分為42個零丁項目或重點钻研内容。该規劃從2021年起頭到2024年竣事，其方针是讓尽量多的事情到达技能成熟度6级（TRL），并在汽車和航空航天市場的原型级别產物中演示驗證關頭的出產速度方针。

除技能自己，構建供给链能力的另外一個首要部門是在劳動力中實現立异，缔造新的工種和新的职業技術。ASCEND規劃施行進程中将為英國缔造约莫2000個技能事情岗亭。如下是迄今為止每一個主題的部門希望环境擇要。

主題1：轻量化設計东西在設計层面，仿真和優化算法開辟商英國Rafinex公司與Far-UK工程公司等互助火伴正在配合開辟软件东西，優化繁杂复合質料布局設計，包含摹拟應答實际工况情况多样性和由此發生的靠得住性危害。今朝正在针對数字與物理演示驗證模子展開相干钻研。

数字線索技能正在贯串全数事情，從零件建模起頭，經由過程树脂通報模塑（RTM）或环绕纠缠成型工藝步调，主動化解决方案專家Airborne公司經由過程监測数据、调集架構實現主動化和数字化。

主題2：将来質料系统經由過程该項目開辟的所有技能，不管是操纵热壓罐仍是利用非热壓罐工藝，其终极方针都将是實現更快的轮回和固化時候，是以必要缔造出可以或许更快固化的树脂系统。ASCEND規劃重要存眷热固性树脂系统，而热塑性树脂重要在复合質料储氢罐使命中重點斟酌。互助火伴赫氏复合質料公司、索尔维复合質料公司和Sigmatex公司一向致力于開辟快速固化的两部門树脂體系，重點利用干纤维带、预浸料和瑜伽繩,非卷曲织物（NCF）。

别的，GKN航宇公司的首席钻研工程師Kevin Barlow暗示，“可延续性”是暗藏在每一個主題暗地里的重要方针，特别是在将来質料系统使命中。英國國度复合材猜中心（NCC）正在與質料供给商火伴互助，钻研和記實在質料研發與後续工藝步调中發生的排放物。将来必要操纵這套用材框架實現净零排放方针。今朝質料范畴正在曩昔所做事情根本上，經由過程渐渐轉向利用非热壓罐（OOA）工藝（如RTM）和主動非卷曲织物铺放技能，并在空客“嫡之翼”項目中完成部件成型，终极节流80%的能耗。而在這項事情中，科研职員正在尽力利用更少的能源并發生更少的废料。

英國國度复合材猜中心正在缔造可延续复合質料的收受接管價值。跟着零部件產量增长，出產效力提高，資本挥霍不成防止地延续增长。在ASCEND規劃中，加强复合質料的收受接管價值是NCC带领項目標一其中心方针，以支持全部規劃的可延续性。

跟着该規劃的继续履行，具备更强抗打击性和多功效性的質料也将是主題2使命中必要完成中正抽水肥,的事情。

主題3：主動化高速度本項使命中贯串整項的事情内容是预浸料热成型，RTM與新型干纤维沉积工藝。為了收缩制造周期，主動化和呆板人技能正尽量多地利用到制造進程中，先辈的层片切割和嵌套技能也遍及利用以優化预成型工藝，同時進一步削减原質料挥霍。

别的，項目中還進一步開辟了立异和優化的东西體系，以實現更快速的制造周期轮回。迄今為止已成长了包含3D打印东西、自加热复合質料东西、外形影象聚合物（SMP）东西等可反复利用的智能东西演示驗證技能，和超声波傳感器和其他用于進程监控無损評估（NDE）的集成體系。

英國LMAT公司是该規劃的首要互助火伴，致力于開辟具备更高热效力的主動化加热复合質料东西，和主動/免东西零部件脱模功效，以加强制造進程的可操作性和耐用性。别的，英國Hive复合質料公司正在钻研一種新型自加热模具技能，與傳统的热固性复合質料固化法子比拟，该技能可顯著低落能耗。

主題4：電气化、多功效化重要使命包含引入集成化的多功效機身布局——包含由互助火伴Hive复合質料公司開辟的基于纳米質料的除冰體系、复合質料面板中的集整天線，和用于将来零排放、净零飞機的V型低温氢储罐質料观點。

在氢储罐使命中，其重要方针包含考查合用于低温的复合質料全世界供给链，同時在英國開辟測试能力以在试件瘦身纖體精油,级别驗證低温機能，并领會纤维环绕纠缠或编织储氢罐的制造能力。

主題5：集成夹杂布局由Hive复合質料公司與Far-UK公司牵頭的主題5使命，重要致力于操纵粘合或其他毗連方法周全取代紧固件。當前方针是利用呆板人粘合剂點胶實現键合進程主動化，利用嵌入式加热改良二次键合進程，同時評估概况处置法子。纳米导電粘合剂也正在與结合檢測技能配合開辟，比方可用于监測粘合层布局完备性的傳感器。

在驗證個體技能的同時，上述所有使命還支持了几項针對航空航天和汽車工業的演示驗證項目。别的，此中一些演示驗證件可直接跨两個行業配合阐扬感化——如帆片式翼梢小翼和汽車後座地板。

航空航天演示驗證件：被證實合用于汽車工藝和出產速度

航空航天演示驗證件将驗證多種工藝：如纤维环绕纠缠制造的氢储罐；RTM工藝制成的翼盒；热成型预浸料後缘、翼肋和翼梁；用纤维带铺放成型的曲面翼梢小翼蒙皮；由RTMku體育，非卷曲织物制成的帆片式翼梢小翼等。

帆片式翼梢小翼（bladed wingtip）演示驗證件，是GKN航宇公司與迈凯伦汽車公司互助首個零部件。GKN航宇公司按照雷同客户的单通道飞機機翼設計，連系主題1使命中構成的新一代随機拓扑優化软件，設計了翼梢世界第一成人,小翼，包含蒙皮、翼梁和翼肋。该部件数字模子已供给至迈凯伦公司相干钻研团队。今朝该团队正致力于操纵汽車出產准则優化設計和流程，以實現更高的出產速度。這項事情的重要方针之一是利用一種可以将產距時候從1小時收缩至30分钟的工藝出產零部件。

這象征着，機翼蒙皮和翼梁预成型件需利用非卷曲织物并經由過程RTM工藝和專門的预成型工藝制造——這類質料和工藝最初由迈凯伦公司在其复合質料技能中間（MCTC）為汽車零部件出產研發。

迈凯伦公司暗示，其最新推出的Artura插電式夹杂動力電動汽車的全复合質料底盘，是促使迈凯伦介入ASCEND規劃互助的動因之一，也是迈凯伦复合質料技能中間自建立以来交付的第一款產物。

被称為迈凯伦碳纤维轻量化架構（MCLA）的全新底盘，實現了彻底集成——完备的布局、地板、電池腔、碰撞布局、安装硬件等都集成到一個单一的RTM成型组件中。迈凯伦暗示，RTM工藝是曩昔15年中公司一向尽力研發的工具。在曩昔5年中，公司一向在内部推動項目，并對本身的RTM體系举行了大量改良，此中一些改良将在航空航天范畴阐扬真正首要的感化。

新的制造系统若何可以或许實現時候收缩并提高產量？迈凯伦暗示，高速度RTM确切是持久以来一向寻求的關頭技能，公司已在全部質料供给链中研發了這項技能——包含工藝、树脂配方，乃至延长到了层切機新刀片的几何外形，以便可以或许實現每小時切割数千块碳纤维。

该工藝的一項重大改良是開辟了不必要在零部件之間举行干净或保護的專用紧密东西。零部件成型後，只必要呆板人将零部件掏出，制造东西便可以敏捷投入下一個零部件的出產中。這類方法在以往注塑成型實践中是比力通例的做法，但在复合質料行業几近没有實現。在全部制造進程中，用于工藝進程监控的集成傳感器還可以實現對進程操作的高度可见。

為了進一步收缩制造周期，迈凯伦公司還開辟了專有预成型工藝，利用專門設計的成型機，每次可在两分半到三分钟内交付预成型件，并利用轉盘體系改换制造东西以顺應分歧的布局形状。然後将這些半凝结的预制件置入RTM制造系统中，在自加热东西长進行布局灌注與成型。上述技能均是為迈凯伦高機能公路汽車研發，固然详细参数存在差别，但技能自己與航空航天制造范畴存在不少较着類似點。

ASCEND規劃翼梢小翼當選為在航空航天零部件中驗證该技能的首個部件。翼梢小翼也表現了部門汽車工業的設計理念。迈凯伦公司認為，若是将翼梢小翼肯定為汽車布局中的一部門，必要明白若何将它設計出来，若何經由過程工程方法實現，若何将它制造出来，同時也要深入理解，若何操纵新工藝技能将零部件產距時候收缩至以分钟為单元计较。针對翼梢小翼項目，钻研职員终极開辟了自加热和外形影象聚合物东西，進一步實現了低落本錢、收缩加工時候。翼梢小翼研發事情的最後一部門使命，将在来岁項目竣事前完成。截至2023年頭，该項目正在完成第一批相干零部件的制造，如热成型翼肋等。

汽車演示驗證件：驗證航空航天質料利用品種與質量

ASCEND規劃中的两個重要汽車演示驗證件是後地板和車門。後地板在某些方面與很多航空航天設备利用部位雷同，均必要抗壓的概况蒙皮，後車架的一部門為汽車後部供给刚度，以在經受轉弯载荷、車體得到制動力時代連结布局不乱性。别的對付汽車来讲，它仍是很是首要的、知足氛围動力學请求的布局概况。

翼梢小翼演示驗證件不但是迈凯伦公司現有汽車制造技能向航空航天范畴轉移利用的绝佳機遇，同時也是钻研開辟下一代汽車制造技能的绝佳機會。

這項事情中面對的下一個重大挑战是解除制造進程中發生的質料和能源挥霍。為此，迈凯伦公司已起頭研發自有的纤维带沉积技能。這類專有工藝是主動纤维铺放（AFP）技能的替换方案。主動纤维铺放技能是用来得到具备近净形質料且零挥霍纤维带情势的重要法子，但這類工藝法子對付汽車制造業来讲過于迟钝。為此，迈凯伦复合質料技能中間正在開辟一種用于铺放平面布局的高速纤维带沉积工藝，然後可以對其举行预成型和RTM制造。

迈凯伦汽車公司現已為ASCEND規劃制造了其車後地板演示驗證原型件，并于2022年末在Artura GT4車辆长進行了實車測试。

新工藝带来的益处不言而喻，包含高出產率，因為削减废物而节流的質料本錢，稍微提高的布局刚度和比拟铝合金部件顯著的布局减重效益。纤维带質料和工藝由迈凯伦公司與ASCEND規劃中的互助火伴配合研發，如Sigmatex公司就在此中阐扬了關頭感化。

在完成汽車地板演示驗證件後，ASCEND規劃的下一步将是設計和制造汽車車門演示驗證件。该步调将進一步增长難度和繁杂性，此中包含平安和質量请求、负载环境，别的，因為車門布局必要在外概况涂漆，RTM布局概况也将遭到進一步磨练。

在改用纤维带铺下班藝後會见临新挑战，與GKN航宇公司的合作無懈和其带入的專業技能能力對全部研發進程相當首要。利用纤维带沉积工藝實現预成型與傳统方法存在渺小不同——裂缝、堆叠、延展等方面，纤维带的不乱性與非卷曲织物存在极大分歧。利用纤维带预成型方面已取患了很大成长，但這一切都基于現有的技能。新技能将有能力扭轉温度、壓力、速率等，經由過程不竭磨合最後调配出最合用于纤维带的最好工藝参数。

航空航天工業是纤维带制造工藝驗證方面的專家。只要航空范畴利用RTM工藝，就會用到纤维带制造技能，以是航空航天范畴對付纤维带在制造根本举措措施中的表示，和經由過程何種流程举行驗證，具备充實的履历。這項事情對付汽車工業来讲是一個很好的進修機遇，可以将汽車行業中利用的法子與其他分歧行業举行比力，同時分享制造進程中的履历教训。航空航天工業也处于及時在線工藝檢測范畴的前沿，這項事情對付汽車行業来讲也一样具备首要意义。

後续事情：主動化RTM单位制造更多原型件

截至2023年頭，前两個主題（东西、質料和零部件级設計）的大部門事情已完成，而且正在出產第一批零部件。迈凯伦公司汽車後地板演示驗證件已完成制造，别的另有包含用于翼梢小翼的翼肋和翼梁。

在GKN航宇公司的全世界技能中間中，由ASCEND規劃互助火伴Airborne設計的主動化预成型单位将于2023年8月完成摆設，并将出產终极的翼梢小翼和翼盒演示驗證件。钻研团队還致力于提高已開辟的外形影象聚合物东西和热成型翼肋演示驗證件的技能成熟度（TRL）。

GKN航宇公司暗示，之以是同時推動這麼多項目，是由于公司重要存眷產物，和此中的所有需求。是以，公司在設計、質料、主動化、檢測等范畴正在全方位推動事情，這些使命都要以知足公司需求的高速率標注延续推動。

這一切的尽力终极不但将带来具备高技能成熟度的演示驗證零部件，還可以深刻领會質料和工藝技能，并将其推行至新一代航空航天設备和汽車工業范畴中利用。钻研职員将不但仅專注于在工場制造零部件，還将配合構建起以最好速率運营工場的能力，同時具有最佳的質料和專業化高技術劳動力，以加快英國复合質料工業文化的成长。這對付ASCEND規劃的乐成相當首要。