《造飞机的那些事》——NO.111《世界上先进飞机制造前沿技术、发展趋势，关键技术，热点等》

最近，应邀到同济大学和太原理工大学，与大学生们就世界上先进飞机制造前沿技术、发展趋势，关键技术，热点等进行了互动交流，结合两校的交流内容，对材料进行了压缩整理，发在这里，供大家参考。 

前沿技术

• 增材制造技术：即 3D 打印技术，可使用金属粉末床融合和先进复合材料等制造出轻质且强度高的复杂构件，如钛部件，有助于提高燃油效率、减少排放，还能实现按需制造，降低库存成本和生产周期。例如，英国的 Wayland Additive 公司开发的电子束增材制造（EBAM）技术 NeuBeam Metal AM，可帮助航空航天公司制造更耐磨、耐高温的部件，如涡轮叶片、结构部件和助推器等，从而减轻飞行器重量，降低燃油消耗和排放。 

• 复合材料技术：纤维增强聚合物和陶瓷基复合材料等先进复合材料，具有重量轻、耐腐蚀、强度高、耐热性好等特点，可替代传统金属材料，制造出更高效、更耐用的航空器部件，如机翼、机身、尾翼等，进一步提升飞机的燃油效率和结构强度。 

• 人工智能与机器学习：应用于飞机设计的空气动力学模拟、结构分析、飞行性能预测等方面，加速研发进程并提升设计品质；还可用于预测性维护，通过对飞机运行数据的实时监测和分析，提前预测故障，降低维护成本和停机时间；此外，在生产流程优化、质量控制和物流管理等环节也发挥着重要作用，如利用 AI 算法优化排产计划、实时监控生产过程以防止故障延误交付、借助计算机视觉技术检测产品缺陷等。

• 数字孪生技术：创建物理资产的虚拟副本，实现对飞机从设计、制造到运营、维护的全生命周期的实时监控、模拟和分析。在设计阶段，可进行虚拟原型制作和仿真测试，优化设计方案；在制造过程中，实时监测和控制生产流程，提高生产效率和质量；在运营和维护阶段，通过数字孪生模型预测部件磨损、优化维护计划，降低运营风险和成本。 

• 云计算技术：提供强大的计算能力和数据存储服务，支持大规模的仿真计算、数据分析和协同设计。例如，工程师可以在云平台中进行多学科仿真计算，快速评估产品性能；云平台还为工程师团队提供协作工具，实现远程协同设计、数据共享和项目管理，提高工作效率和创新能力。 

• 物联网技术：通过在飞机和制造设备上安装大量传感器，实时收集飞行数据和设备运行数据，实现对飞机的远程监控、故障诊断和性能优化。同时，物联网技术还促进了智能制造的发展，提高了生产效率、产品质量和供应链的协同效率。

• 虚拟现实（VR）与增强现实（AR）技术：VR 技术用于沉浸式飞行模拟训练、虚拟原型设计评审等，为飞行员和工程师提供逼真的虚拟环境，提高培训效果和设计质量；AR 技术则应用于飞机维护和检修，通过将虚拟信息叠加到实际场景中，为维修人员提供实时指导和操作提示，提高维修效率和准确性。

发展趋势

 • 更环保的制造工艺和材料： 随着环保要求的提高，航空航天制造商越来越注重采用可持续材料和更清洁的制造工艺，以减少对环境的影响，如使用可回收材料、生物基材料和水性涂料等。

 • 跨学科融合 ： 飞机制造涉及到多个学科领域的知识和技术，未来的发展将更加注重跨学科的融合与创新，如航空航天与材料科学、电子技术、计算机科学、力学等学科的深度交叉，以突破传统技术瓶颈，开发出更先进的飞机制造技术和产品。

  • 太空探索的推动 ： 太空探索的不断发展为飞机制造带来了新的机遇和挑战，促使制造商研发更轻质、高强度、耐高温、耐辐射的材料和更先进的推进系统、生命保障系统等，以满足太空飞行的需求，同时也推动了相关技术在民用航空领域的应用转化。

  • 系统工程的强化： 飞机制造的复杂性不断增加，需要更强大的系统工程技术来协调和管理从设计、制造到运营、维护的整个生命周期中的各个环节和资源，确保项目的顺利进行和产品的可靠性和安全性。

关键技术

 • 先进制造工艺： 包括精密铸造、精密锻造、数控加工、激光加工等，可提高零件的精度和质量，降低生产成本；增材制造技术也是其中的重要代表，其在航空航天领域的应用不断拓展和深化。

 • 数字化设计与制造技术： 如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）等，实现飞机的数字化设计、虚拟仿真和自动化制造，提高设计效率和制造质量，缩短研发周期。

 • 质量控制与检测技术： 先进的无损检测技术，如超声检测、射线检测、红外检测等，可在不破坏零件结构的情况下检测内部缺陷；自动化检测设备和智能检测系统则能够提高检测效率和准确性，确保产品质量的稳定性和可靠性。 

热点

• 电动飞机和混合动力飞机：为了实现航空运输的可持续发展，减少对传统燃油的依赖和碳排放，电动飞机和混合动力飞机成为研究的热点。相关的技术难题包括高性能电池的研发、电机和电控系统的优化、电动推进系统的集成等。

 • 高超声速飞机： 高超声速飞行具有重要的军事和民用价值，各国纷纷加大在这方面的研究力度。高超声速飞机的关键技术包括高超声速空气动力学、热防护系统、高超声速推进系统等，其研发涉及到多学科的前沿领域。

 • 智能蒙皮技术： 智能蒙皮将传感器、电子设备和能量收集系统等集成到飞机蒙皮中，使蒙皮具有感知环境、监测结构健康、自主修复等功能，可提高飞机的性能、可靠性和安全性，同时也为飞机的功能集成和设计创新提供了新的思路和方法。