在全球航空業(yè)加速向低碳化轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下，清潔航空綠色區(qū)域飛機(jī)計(jì)劃（GRA）下的混合電動(dòng)區(qū)域機(jī)翼集成新型綠色技術(shù)（HERWINGT）項(xiàng)目，以前瞻性的技術(shù)探索，成為推動(dòng)航空領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵力量。該項(xiàng)目聚焦熱塑性復(fù)合材料初級(jí)結(jié)構(gòu)與變形翼技術(shù)研發(fā)，致力于為混合電動(dòng)區(qū)域飛機(jī)（HERA）打造高效、環(huán)保的新型機(jī)翼，其創(chuàng)新成果不僅將重塑航空制造業(yè)格局，更為全球航空減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)路徑。

一、項(xiàng)目目標(biāo)：錨定清潔航空新方向

HERWINGT 項(xiàng)目以打造具有劃時(shí)代意義的綠色航空裝備為核心目標(biāo)，計(jì)劃開發(fā)一款適用于 100 座級(jí)、航程 500 - 1000 公里的混合電動(dòng)區(qū)域飛機(jī)機(jī)翼，目標(biāo)在 2035 年投入使用。項(xiàng)目致力于實(shí)現(xiàn)與 2020 年最先進(jìn)飛機(jī)相比，燃油消耗與溫室氣體排放降低 50% 的突破性成果。這一目標(biāo)的設(shè)定，契合全球航空業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，將極大提升區(qū)域航空運(yùn)輸?shù)木G色競(jìng)爭(zhēng)力。

為達(dá)成這一目標(biāo)，項(xiàng)目采用多維度技術(shù)創(chuàng)新策略。在機(jī)翼設(shè)計(jì)上，采用桁架支撐結(jié)構(gòu)，以復(fù)合材料支柱連接機(jī)身與機(jī)翼，優(yōu)化結(jié)構(gòu)力學(xué)性能；在系統(tǒng)集成方面，通過更高效的內(nèi)部系統(tǒng)布局，減少能量損耗；而新材料技術(shù)的應(yīng)用，尤其是熱塑性復(fù)合材料的研發(fā)與推廣，成為實(shí)現(xiàn)減重與減排目標(biāo)的關(guān)鍵突破口。

二、熱塑性復(fù)合材料初級(jí)結(jié)構(gòu)：輕量化與可持續(xù)的雙重突破

熱塑性復(fù)合材料（TPC）在 HERWINGT 項(xiàng)目中占據(jù)核心地位，其優(yōu)異的性能為機(jī)翼結(jié)構(gòu)革新提供了可能。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過原位固化（ISC）TPC 技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)纖維鋪放（AFP）工藝，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料構(gòu)件的高效制造。

在中央翼盒前緣制造中，F(xiàn)IDAMC 等合作伙伴對(duì) AFP ISC 技術(shù)進(jìn)行深度優(yōu)化。將工藝流程從龍門機(jī)床升級(jí)至川崎機(jī)器人，配合旋轉(zhuǎn)芯軸與 AFP 機(jī)器人的協(xié)同作業(yè)，顯著提升了復(fù)雜幾何形狀構(gòu)件的加工能力。同時(shí)，改進(jìn) AFP 加熱源，將二極管激光器進(jìn)行分段控制，可靈活調(diào)整絲束層壓數(shù)量，滿足不同部位的成型需求。這種技術(shù)創(chuàng)新不僅提高了生產(chǎn)效率，更確保了構(gòu)件的精度與質(zhì)量。

FIDAMC正在使用一個(gè)機(jī)器人AFP系統(tǒng)，該系統(tǒng)的激光分為四個(gè)部分，為HERWINGT生產(chǎn)一個(gè)原位整合TPC前沿演示器。來(lái)源| FIDAMC

在材料選擇上，項(xiàng)目針對(duì)不同部件需求精準(zhǔn)匹配材料。前緣演示器采用 APC2 PEEK 材料，憑借其出色的機(jī)械性能與耐高溫特性，滿足關(guān)鍵部位的高強(qiáng)度要求；襟翼演示樣機(jī)則選用由碳纖維與 LMPAEK 聚合物組成的 TC1225 預(yù)浸料帶，在保證性能的同時(shí)，降低制造成本。通過這些材料與工藝的結(jié)合，項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)機(jī)翼部件層面減輕 15% 重量、降低 20% 燃油消耗的目標(biāo)，為飛機(jī)整體性能提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用還賦予項(xiàng)目顯著的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)。TPC 材料可使用回收材料，通過共固化與焊接技術(shù)消除緊固件，減少材料浪費(fèi)；其可回收特性，使部件在報(bào)廢后仍能實(shí)現(xiàn)資源再利用。此外，AFP ISC 工藝避免了高壓釜循環(huán)，大幅降低生產(chǎn)過程中的能耗，從全生命周期角度踐行綠色制造理念。

三、變形翼技術(shù)：氣動(dòng)效率的革命性提升

變形翼技術(shù)是 HERWINGT 項(xiàng)目的另一大創(chuàng)新亮點(diǎn)，旨在通過機(jī)翼表面的自適應(yīng)變形，替代傳統(tǒng)控制面，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)效率的跨越式提升。項(xiàng)目從三個(gè)維度展開研究，分別是可變形前緣和后緣（用于襟翼和副翼）、可變形支柱，這些技術(shù)均以復(fù)合材料為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮其可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

米蘭理工大學(xué)負(fù)責(zé)開發(fā)的可變形前緣和后緣副翼，采用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料。相較于碳纖維，玻璃纖維具有更好的延展性，更適合大變形需求。團(tuán)隊(duì)基于智能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，通過優(yōu)化纖維取向，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形與氣動(dòng)性能的完美平衡。該方案無(wú)需依賴智能材料，而是通過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低技術(shù)復(fù)雜度與成本，提高可靠性。

在HERWINGT內(nèi)部，Polimi正在開發(fā)一種由玻璃纖維/環(huán)氧樹脂制成的變形副翼，用于前緣和后緣，該副翼已在許多其他此類演示中使用。來(lái)源| HERWINGT項(xiàng)目和米蘭理工大學(xué)

意大利航空航天研究中心（CIRA）專注于后緣襟翼的可變形設(shè)計(jì)，與米蘭理工大學(xué)的成果形成互補(bǔ)。雙方將在大型風(fēng)洞中進(jìn)行全尺寸變形測(cè)試，驗(yàn)證技術(shù)可行性與性能優(yōu)勢(shì)。

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)研發(fā)的可變形支柱技術(shù)，為機(jī)翼變形提供了全新思路。研究人員通過在底部蒙皮開槽，利用復(fù)合材料模塊與彈性體連接，實(shí)現(xiàn)翼型扭轉(zhuǎn)和彎度的差動(dòng)控制。為解決結(jié)構(gòu)變形中的應(yīng)力問題，團(tuán)隊(duì)采用硅膠替代部分蒙皮，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)柔順性。該技術(shù)有望在不增加過多重量的前提下，顯著提升飛機(jī)在不同飛行階段的氣動(dòng)性能。

由Polimi公司開發(fā)的配備變形副翼的全尺寸風(fēng)洞原型。來(lái)源|米蘭理工大學(xué)

四、數(shù)字孿生：全生命周期管理的智慧引擎

數(shù)字孿生技術(shù)在 HERWINGT 項(xiàng)目中扮演著不可或缺的角色，為項(xiàng)目研發(fā)與管理提供了數(shù)字化解決方案。作為一個(gè)集成產(chǎn)品全生命周期信息的框架，數(shù)字孿生技術(shù)將制造、裝配、維護(hù)等環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)更新的數(shù)字模型。

對(duì)于復(fù)合材料部件，數(shù)字孿生技術(shù)在設(shè)計(jì)制造階段尤為關(guān)鍵。其不僅包含部件的幾何信息，還涵蓋纖維取向、鋪層工藝、性能參數(shù)等詳細(xì)數(shù)據(jù)。通過傳感器實(shí)時(shí)采集服役過程中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息，結(jié)合預(yù)設(shè)算法，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)故障模式，優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到退役的全生命周期精準(zhǔn)管理。

在項(xiàng)目協(xié)同研發(fā)過程中，數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，確保各合作伙伴信息共享與協(xié)同作業(yè)。通過建立單一的“真實(shí)來(lái)源”，避免數(shù)據(jù)孤島，提高研發(fā)效率與決策準(zhǔn)確性，為新型機(jī)翼的成功開發(fā)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

五、項(xiàng)目進(jìn)展與未來(lái)展望

HERWINGT 項(xiàng)目自 2023 年 1 月啟動(dòng)，計(jì)劃于 2026 年 10 月完工。盡管項(xiàng)目獲得 10 個(gè)月延期以完善演示與測(cè)試工作，但已取得的階段性成果令人矚目。各參與機(jī)構(gòu)在熱塑性復(fù)合材料制造、變形翼技術(shù)開發(fā)及數(shù)字孿生應(yīng)用等方面均實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，部分成果已進(jìn)入工程驗(yàn)證階段。

展望未來(lái)，HERWINGT 項(xiàng)目的成功實(shí)施，將為混合電動(dòng)區(qū)域飛機(jī)的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。其創(chuàng)新技術(shù)不僅適用于航空領(lǐng)域，還可向汽車、船舶等交通運(yùn)輸行業(yè)拓展，推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)向輕量化、智能化、綠色化方向發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷成熟與成本降低，熱塑性復(fù)合材料與變形翼技術(shù)有望成為未來(lái)交通工具的標(biāo)準(zhǔn)配置，引領(lǐng)全球交通運(yùn)輸行業(yè)的綠色變革。