航空航天飞机结构复杂，所用到的材料也是范围广泛。机身机翼使用材料大体可分为两类：合金材料和高分子复合材料。飞机优异的飞行性能离不开这些重要的使用材料，下面是我们整理的2018年航空产业中机身机翼的前沿技术投资。
1.诺斯罗普·格鲁曼
2018年6月，全球航空业整装巨头诺斯罗普·格鲁曼宣布已完成对航空航天和国防技术公司Orbital ATK Inc.的收购。收购完成后，Orbital ATK更名为Northrop Grumman Innovation Systems，成为诺斯罗普格鲁曼公司第四个业务部门。
ATK是一家先进的纤维铺放技术开发商，不断通过技术革新推进其纤维铺设能力，以满足不断扩大的复合材料飞机结构市场的商业和军事应用。其中，航空结构部是军用和商用飞机制造商的先进复合材料飞机部件供应商，采用高度自动化的复合材料制造技术，包括自动纤维铺设和加强筋成型工艺。
大型航空航天装备结构制造融合了复合材料的许多先进技术，如自动铺丝（AFP）、自动铺带（ATL）技术、非热压罐成型（OoA）技术等。非热压罐成型（OoA）是一项突破性的新概念技术，它的开发应用不仅使大型或超大型的航空航天复合材料构件的低成本制造成为可能，而且还带动了相应的材料技术和成型技术的发展。OoA逐步发展出相应的树脂体系和预浸料，关键技术包括薄层预浸料、自动铺丝/自动铺带、双真空袋扩散注入成型（DVB）等。
ATK成功实现了结构尺寸可调节的原位非热压罐成型（in-situ OoA）工艺，成功将OoA工艺的复合材料应用于机身蒙皮制造与纵梁制造。ATK还利用碳纳米管与树脂体系的压阻效应，将纳米管可控分散于树脂中制作出自身加热工具便于OoA工艺实施。
ATK还发展出热压垂帘成型工艺用于制造翼梁，适用的材料可以是单向胶带或织物。这种新型热浸成型工艺的好处包括降低实施成本、降低周期时间和人工、能够区域加热和加压、潜在避免试用热压罐、减少层间压缩等。
2.波音公司
1）2018年8月，波音宣布对研发高速、多种金属增材制造系统用于生产3D打印零件的Digital Alloys（数字合金）公司进行投资。Digital Alloys的Joule Printing（焦耳打印）技术可以快速地将多种金属合成到每一个零件上，从而加强其在热、电、磁和机械方面的性能。该工艺可以将钛合金和高温合金等材料3D打印成用于波音产品的零件。
2）2018年12月波音宣布与英国复合材料专业技术公司ELG Carbon Fibre签订协议，ELG将回收波音11个飞机制造厂多余的航天复合材料，预估每年可减少超过100万磅碳纤维废料，并重新成为笔记型计算机包、汽车零件等消费品的材料。
碳纤维材料轻又坚硬、耐高温、防辐射、耐水、耐腐蚀，用途极广，可加工成各种形状比如飞机机翼，主要需求市场为飞机、航天载具、风力发电机和汽车业，而波音 787 梦幻客机、预计 2019 年交付营运的最新波音 777X系列飞机也都使用复合材料建造。
747、767、777和787飞机在位于西雅图以北48千米的埃弗雷特进行制造，工厂的主总装楼是世界上容积最大的单体建筑。目前该工厂正在以实现更强的自动化和移动化为目标进行大规模改造，从而为777X批量生产做好准备。新的飞机需要新的方法来打造：首架777X试飞飞机的机翼正在使用航空业内最先进的技术进行制造。777X预计于明年首飞，并在2020年开始交付777X的翼展达到71.8米，折叠翼尖后，翼展缩短到64.8米，实际折叠起来的翼尖部分长3.66米。这增加的7米翼展是777X成功的关键，但也是巨大的挑战。
3.通用电气
1）2018年7月18日，通用航空公司通过其Hamble航空结构业务，与空中客车英国公司、GKN公司和精神航空系统公司合作，开发下一代高速率制造机翼。通用航空公司正在提供一些技术发展，为机翼后缘组装模块的设计和高速率制造带来了创新的方法。目前的飞机生产依靠由OEM组装的单个零部件到机翼后缘装配后的主翼盒。通用电气还建议使用自动化纤维布局和3D打印制造，以提高初级结构的速率能力。
2）通用电气GEnx-2B发动机的原PDOS支架是用金属块制成的，采用常规的铣削方法。这项技术导致大约50%的材料被浪费。目前，采用直接金属激光熔炼(DMLM)3D打印技术制造新托架，可减少90%的废品。通用航空公司还改进了支架的设计，使支架的重量减少了10%。与传统的镍基高温合金相比，大量生产钴铬合金的决定使得生产速度更快。
4.UTC
2018年10月，UTC航宇系统公司与西班牙Aernnova航宇公司签署了一份战略合作的意向书。此次合作将集中于推进飞机结构复合材料设计和架构，包括用于不断发展的民用超声速市场的机翼、飞行控制系统和飞机-发动机综合设计。Aernnova是航空结构、部件和工程服务的领先设计和建造供应商，专业生产复合材料，在尾翼、机身部分、机翼、压力隔框和舱门方面具有丰富的专业知识。UTC是世界著名的航空航天系统供应商。这两家公司的目标是结合他们在设计和工业化方面的专业知识，为军用和民用航空航天工业提供先进的解决方案。Aernnova为主要制造压力舱壁，机身，纵梁和肋，涉及金属复合材料加工、非热压罐成型等先进工艺。
5.Spirit AeroSystems
Spirit复合材料实验室的核心仪器是16轴（0.125英寸，0.25英寸，0.5英寸丝束）Electroimpact AFP机，该机器用于在线自动检查铺丝机（AFP）工艺中可能出现的环状，缝隙，裂纹等缺陷。除了AFP系统，Spirit还拥有各种技术成熟度（TRL）的其他项目包括：形状记忆聚合物工具（TRL 6）；使用树脂转移模塑RTM（TRL 6）工艺将干纤维（Hexape）制成翼梁部分；运用嵌入式传感器实现现场过程控制，高压热罐固化成型制作注入式翼梁（TRL 4）；运用Steering AFP和热悬浮成型（TRL 6）制成的框架；在辛辛那提公司生产的大面积增材制造机器上制造的3D打印工具。其他研究领域包括将精确机器人技术和模块化AFP铺丝头运用到传统工艺中。模块化AFP铺丝头突破了传统AFP工艺的速度限制，相对低成本工业机器人技术使得AFP自动化铺丝工艺可用于许多十分昂贵的应用场景，能够生产各种碳纤维加强塑料（CFRP），工艺质量高、可靠性强。Spirit正与Electroimpact以及材料供应商合作开发相应的复合技术。
6. STELIA Aerospace
2017年，STELIA Aerospace投入7000万欧元在Méaulte开设了其未来航空工厂，专门从事航空结构制造。STELIA Aerospace已经在一个名为ARCHES BOX TP（2015-2017）的项目上投入了数百万欧元，作为法国民用航空研究战略咨询委员会CORAC平台的一部分。该项目专注于热塑性复合材料感应焊接（Induction Melding）工艺研发，由于热塑性复合材料不如热固性基质复合材料成熟，热塑性复合材料的技术挑战性高。目前，STELIA Aerospace通过自动纤维铺放（AFP）和非高压罐成型工艺整合成功制造了机身蒙皮，基本部件的集成在Méaulte航空工厂业已完成。STELIA Aerospace选择法国热塑性复合材料供应商合作来研发TP翼梁的动态机器人感应焊接工艺，翼梁和框架的快速冲压以及通过包覆成型短纤维和长纤维的混合TP结构。Institut de Soudure集团公司代表STELIA Aerospace负责加强筋在蒙皮上的动态感应焊接工艺，并开发特定的诱导剂。多年来，Institut de Soudure已经开发出了基于热塑性基体（PEEK，PEKK，PPS）的碳纤维增强复合材料的感应焊接工艺。
7.BAE Systems
2017年11月，英国跨国防务安全与航空航天公司BAE Systems与比利时精密工程公司Asco Industries签署了新的合作协议。合作双方将专注于增材制造，复材加工和其他相关技术的开发，共同推进欧洲台风战斗机的机身制造。欧洲台风战斗机是世界上最先进的摆动战斗机（swing-role combat aircraft），由包括Alenia Aermacchi（现在的莱昂纳多），BAE系统和空中客车公司在内的厂商团队制造。目前台风战斗机已被七个客户使用，并已成功用于伊拉克，利比亚和叙利亚的作战行动。
8.NASA
NASA测试可变形机翼。这架飞机机翼的尖端可以在飞行中变形，向上或向下弯曲，来改变飞机的空气动力学特性。此前的所有飞机，不管是水平折叠还是垂直折叠，不管是飞行中变形还是静止状态下收容，都是依靠液压系统。但 NASA 最新测试的这一架原型机，机翼折叠依靠的是特殊的可变形金属。该原型机机翼两端可以在向上和向下的 70 度之间折叠，依靠的是一组通电加热就可以变形的记忆金属部件，比传统的液压系统要轻 80%。机翼的单一形状不能兼顾飞行的所有状况，尤其是亚音速和超音速之前的切换，这种记忆金属技术的基础上，或许未来可出现兼顾低噪音、经济型和速度的民用飞机出现。
前沿技术点评：
航空材料是制造飞机(包括飞行器)、航空发动机及其附件、仪表及随机设备等所用材料的总称，通常包括金属材料(结构钢、不锈钢、高温合金、有色金属及合金等)、有机高分子材料(橡胶、塑料、透明材料、涂料等)和复合材料。航空材料属于知识密集、技术密集的学科。单纯依靠传统技术只改变材料成分，满足现代航空技术提出的越来越高的要求是很困难的，因此，各国对新技术在航空材料领域的开发应用都非常重视，促进了航空材料的发展。复合材料与普通材料相比，强度、刚度和密度都有明显优势。因此，近年来航空材料以复合材料和复合结构的应用日益增多。近20年来，复合材料的研制和应用发展极为迅速，从70年代初在军用机上开始试用，日前已发展到民用，从非承力件和次承力件发展到主承力件。用量从占飞机结构质量不到1%发展到占30%-50%，并出现了全复合材料飞机。随着计算机技术的发展和应用，合金研制定量化的工作取得了突破性进展，做到了按指定性能设计新合金。例如日本金属材料研究所利用合金设计方法，对美国M247定向合金进行重新设计，增加了钴、铬含量，降低了碳、钛成分，所获得的定向凝固TMD -5合金，其性能比M247合金高得多。另外，新型复合材料质量轻韧性高，对于提高现代隐身战机的机动性和其他性能指标亦至关重要。美国F22机身复合材料使用率达到了26%左右，为了提高机翼性能，其机翼复合材料使用率高达95%左右。据航空航天防务新闻网《2022年前航空航天材料市场的全球预测》市场研究报告显示：全球航空航天材料市场预计到2022年将达到258亿美元，2017年至2022年的年复合增长率为6.9%。
董忠云（证券执业证书号：S0640515120001）
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宋子豪（证券执业证书号：S0640118010014）
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