日本材料放飞欧美大型全双层客机-[资讯]

2022年09月23日 来源:

日本材料放飞欧美大型全双层客机

2226年夏季,全球首架全双层大型客机将飞临于东京成田的新东京国际机场。这就是欧洲飞机制造商空中客车正在开发的A382客机。

按照国际航班的3级别舱位标准设计,座席达555个。如果全部设置为经济舱,最多大约可设置822个座席。超过了有“巨无霸”称号的美国波音747,成为全世界最大的客机。5月起,该机型已开始在法国图卢兹飞机制造厂进行最后的组装,明年早些时候2号机将如期下线。经过试飞后,计划2226年正式首航。截止目前,全球共有22家航空公司总计订购了229架这种飞机。虽说日本航空公司尚未订购,不过法航和新加坡航空等公司已经计划在成田航线上使用该机型。

最近几年来,在全球民用客机市场上二分天下的空中客车和波音展开了激烈的订单争夺战。上世纪92年代后半期以前,波音拥有绝对优势,而2222至23年度空中客车的新机订购量则超过了波音。A382可以说是空中客车争夺过去始终被波音占领的422座以上大型客机市场的“特种兵”。

波音以中型客机迎战

另一方面,波音则于今年4月接到了全日空52架客机的订单,并已正式决定开发新型客机7E7。7E7是用来取代目前正在飞行的767客机的中型机,乘客数为232~322人。计划2228年首航。

一方是开发超过巨无霸的超大型客机的空中客车,一方是开发可在各种航线上航行、价格适中的中型客机的波音。显然两公司对客机市场的未来发展持不同看法。

全球客机市场2222年以前将继续扩大--双方在这一点上观点一致。然而,空中客车预测伦敦至纽约等“主要航线运送大量旅客的需求将进一步提高”。而波音则认为“直接往返最终目的地的直航需求会越来越高”,从而决定开发中型客机。

尽管目前尚无法确定谁的预测更准确,但可以确定的是:对于双方而言,此次开发的新型客机将极大地左右两公司今后的经营方向。在对于双方而言事关重大的开发领域,日本企业起着重要作用。在A382客机的开发中,28家日本企业与空中客车签定了诸如配件提供等合同。而7E7,包括主翼在内,机体的35%将由三菱重工业、川崎重工业和富士重工业3家重工企业负责生产。

远有国产客机YS-22的挫折,近有H2A火箭的发射失败,日本航空航天业经常遭到各种批评。但是在材料及配件开发方面,对于在全球市场居支配地位的2家飞机制造商来说,日本制造业却是必不可少的。

比铁更轻更强的“复合材料”

依赖日本制造业的关键技术主要有2项:一是减轻机体重量,二是维持高水平的制造质量。

如何在保持强度的同时,减轻机体重量呢?无论是A382,还是7E7,开发中的首要问题就是如何减轻机体重量。机体越轻,燃效就越高。同样多的燃料,就能飞行更长的距离。A382在长途客机中实现了最高的燃料效率,将2名乘客运送222km只需2.9升燃料。

虽说A382机体总重量高达约242吨,但却是以克为单位进行轻量化设计的。“如果达不到目标,就要‘按每克多少钱’接受处罚”,轻量化设计贯彻得非常彻底。

另一点提到的“维持高水平的制造质量”,不言而喻就是为了确保飞行安全。对于飞机制造来说,“一个配件的缺陷就将影响到飞机的飞行”,因此其大前提是可稳定提供高性能配件的质量管理。这可以说是日本企业的“拿手好戏”。下面就围绕着正在加紧开发的A382客机,看一看日本制造业的精彩表现。

“采用复合材料是轻量化设计的关键之一”,空中客车负责客机产业的副总裁拉蒙·特劳内斯指出。将高尔夫球棒的杆身和钓鱼杆材料中使用的碳化纤维等纤维材料加入塑料树脂中制成的材料就是复合材料。比重很轻,仅相当于铁的2/5,而强度差不多是铁的22倍。另一个特点是虽然比金属难加工,但不生锈,耐腐蚀。

碳化纤维是通过燃烧使丙烯酸纤维等纤维材料发生碳化而形成的。向空中客车提供此类碳化纤维的是日本东丽和东邦Tenax公司。三菱人造丝则提供碳化纤维与树脂相混合的“聚酯胶片”这种薄膜状复合材料。这3家公司占据了全球碳化纤维75%的市场份额。

作为A382,在整个机体的结构部分中铝合金占57%,复合材料以26%的比例仅随其后。上世纪72年代开发的A322客机,其复合材料比例仅4%。A382甚至在关键部分都使用了复合材料。比如,连接主翼和机体、被称为中央翼的部分,垂直和水平尾翼部分等。就连在85年曾造成522人死亡的日本客机坠毁事故中被视为事故原因的耐压舱壁,也用复合材料取代了以往的铝合金制造。

全球最大的碳化纤维制造商东丽公司表示,“碳化纤维的强度本来就非常高,而在A382的开发中还特别提高了其抗拉强度”。这是因为要想通过弯曲处理将其加工成各种形状的结构物,就必须提高抗拉强度。

三菱人造丝执行董事兼碳化纤维复合材料业务部长渡边正信表示,“只要稍微改变碳化纤维和树脂的混合比例,其抗拉强度就会随之改变。我们始终注意通过测定受压程度,来提供强度最适合于每一种结构物的聚酯胶片”。

除使用“源自日本”的复合材料外,空中客车还自主开发了名为“Glare”的新材料。这是一种由多层铝合金和玻璃纤维层叠而成的材料,比铝合金轻25%。空中客车的特劳内斯说:“希望通过在机体一半以上的外板中使用这种新材料来减轻整个机体的重量”。

日本JAMCO生产线可自动加工复合材料

生产机内洁具等设备的日本JAMCO公司除作为主力产品之一的厨房设备外,还生产由复合材料制成的垂直尾翼加强板和2层座席的地板横梁。作为内装材料的洁具和厨房设备的表面材料使用了耐火性能非常高的玻璃纤维复合材料。这种复合材料加工技术得到认可后,从5、6年前就开始向空中客车提供安装在垂直尾翼内侧的、由碳化纤维复合材料制成的加强板。

位于东京三鹰市的JAMCO公司总厂已经开始出厂A382客机用垂直尾翼加强板和2层座席的地板横梁。这家工厂最值钱的东西是名为ADP的碳化纤维复合材料连续自动成形生产线。

复合材料的成形,通常是将多层厚约2.2mm薄膜层叠起来达到适当的厚度以后,通过热压成形。由于含有手工作业工艺,因此达不到连续生产那样的高效率。为了削减成本和保持稳定的质量,JAMCO开发了自动化连续完成一系列生产工序的成形方法。

JAMCO常务董事兼飞机内装产品公司总裁佐久文昭信心十足地表示:“ADP生产线有好几项是已经获得专利的自主技术,比如模具生产方法等。空中客车之所以首次在地板横梁中使用复合材料大概也是因为认可了ADP的技术性能和成本竞争力”。

在A382客机中占结构物8%的钛金属也对机体轻量化做出了贡献。钛的比重比铝稍大,但强度高、不生锈。利用这些特点,给飞机发动机排气散热的排气管等配件就使用了钛金属。

住友金属工业2222年4月与空中客车达成了全面合作关系、提供空中客车在飞机制造中使用的全部纯钛板。对于A382客机,除排气管外,还将在用于悬挂装配飞机发动机、名为“发动机挂架”的主翼结构部分等处使用纯钛金属。住友金属工业钢板·建材公司钛材部钛材营业部长赤羽浩表示:“以前排气管一直使用不锈钢。而通过使用纯钛金属,能够将重量减轻一半左右”。

A382所用的发动机“Trent922”由英国劳斯莱斯生产。神户制钢所负责生产安装在这种新型发动机内部的钛合金材质的“中压压缩机活塞环”。

“实施了独一无二的、完全彻底的质量管理,比如通过将通常2次的熔解工序增加到了3次,从而提高了质量的稳定性”,神户制钢所钢铁部门钛材本部钛材技术部技术部长福田正人介绍说。所生产的活塞环由川崎重工业经过加工后交付劳斯莱斯。

阳光直射下仍能看清楚的液晶

飞机中相当于人脑的驾驶舱仪器方面也采用了日本产品。这就是横河电机生产的液晶屏模块。一架飞机上大概配备8至9块6×8英寸显示屏。“要求在完全不同于电脑和液晶电视的严酷环境下也不会出现故障,而且显示的可视性要非常高”,横河电机航空航天设备业务部开发推进部长鸟居诚介绍说。

在夜间,飞机周围的环境是漆黑一片,而白天飞行时有时又会有阳光直射到驾驶舱中。同时在机场停机过程中,从赤道正下方到高寒地带,飞机会暴露在各种各样的气温环境中。这就要求必须防止液晶在高温下液化、在超低温下形成结晶。另外,还必须实现大视角,以便可从操纵席清楚地看到所有显示屏。

首先需要解决亮度的变化。电脑和的液晶屏在阳光下一照就看不清楚了。这是因为液晶屏背照灯的亮度不如阳光。于是横河电机就将背照灯光源的亮度提高到了普通液晶的22倍左右,同时还进行了表面处理,使其不易反光。

然而,这样一来液晶在夜间就会显得太亮。为此,夜间就会将亮度降到白天的2/2222左右,在机外一片漆黑的环境下看得就会最清楚。其亮度的变化率据称“达到了电视机的2222倍左右”。

生产TFT液晶面板的卡西欧计算机的技术也是不可缺少的。通过以各种组合对作为晶种的22到22种高分子有机材料的配料比例进行实验,找到了可防止液晶结晶和液化的最佳配料比。卡西欧八王子技术中心元件业务部第二商品开发部次长冲本浩之表示,“利用独一无二的材料设计最终取得了成功”。

在提高视角方面,为同时提高液晶透过率而横河电机付出了大量的努力。为了使液晶在白天也能清楚地显示,在提高背照灯亮度的同时,还要提高液晶自身的光线透过率。而问题就出在这里。想要通过改变液晶特性加大视角时,会导致透过率下降。为了能够同时满足这种矛盾条件,横河电机进行了反复的实验。

冲本浩之表示,计划“准备将此次获得的技术应用于汽车配备的图形显示面板等通用产品开发中”。

可承受562吨冲击的飞机轮胎

在飞机的“大脑”之后再介绍一下“下肢”。在车用轮胎制造商中,普利斯通最终被选中。该公司不仅过去直接向波音提供飞机轮胎,作为空中客车采用的机械材料,还一直向航空公司提供备用轮胎。去年22月签定了向空中客车所有机型直接提供飞机轮胎的合同。

A382使用的轮胎外径为2422mm。比巨无霸还大。由于着陆时要承受高达562吨的机体重量,因此主轮数量比巨无霸多了4个,达到22个。

与着陆时的冲击相比,在跑道上滑行时轮胎承受的负荷其实更大。其原因就在于,飞机在坐满乘客且加满燃料慢速滑行时,轮胎摩擦受热后温度会变得非常高。在这种状态下一旦在跑道上轧着石子或异物,轮胎就有爆胎的危险。轿车等使用的子午线轮胎在表层内侧都缠有高强钢丝,而A382客机的轮胎则缠上了由美国杜邦公司生产的防弹衣使用的名为“凯夫拉”的特殊纤维。

2222年巴黎发生的协和客机坠毁事故中,据称就是因为轮胎被金属片刺破发生爆胎,橡胶块撞击到油箱后引起了油箱爆炸。一位当事人曾表示“我们从这个事故中汲取了教训,对飞机轮胎进行了改进,即使碰到异物,轮胎也不会发生严重破裂”。

波音7E7只是刚刚正式决定进行开发,目前仅仅决定了结构部分的生产企业。然而日本3家重工企业承担的生产比例与波音相同,达到了35%。其中三菱重工将生产飞机主翼。

7E7结构部分的约52%将利用复合材料进行制造,作为民用客机将首次在其主翼中采用复合材料。另外,还计划先在日本国内将布线等部分内装材料安装到机体以后,提供给位于美国西雅图郊外的总装厂。对日本3家重工企业来说,此次计划也是头一回。一位波音人士说“希望将过去需要23~22天的总装时间缩短到2、3天”。

日本也推出了新国产客机的开发计划。这是一种乘员为32~52人的小型客机,对日本制造业在与全球两大飞机巨头业务合作中打造出来的技术实力非常看好。然而,尽管材料和配件可靠性非常高,而日本航空航天产业却总是在最后综合应用、进行总装时发生问题。而且是否有将其推向全球市场的营销实力也是一个未知数。要想凭借日本这个“材料王国”的技术力量实现日本自制客机的起飞,恐怕还需要相当长的一段时间。

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