碳纤维与空中飞车

来源：有线，图标飞机

作者：Eric Adams

到2035年，价值320亿美元的乘用车市场将需要23000架垂直升降飞机。

总部位于加利福尼亚州瓦卡维尔的Icon Aircraft已经多次尝试改进其产品，其生产新型飞机的努力也为有兴趣推出空中出租车的公司发出了警告。

在其A5飞机上，Icon创造了一种易于操作和抵抗危险旋转的状态，允许飞行员和乘客在开放通风的驾驶舱中飞行。

然而，这家小公司的生产受到了限制。自2014年以来，该公司只生产了约65架亮白色双座飞机，每架售价近40万美元。

139000美元，这是Icon对飞机定价的最初承诺，但由于其产品中广泛使用碳纤维材料，其产量很难增加。

尽管碳纤维可以减轻产品重量并提高强度，但它也增加了制造过程的复杂性和成本。

在像Icon这样制造飞机的公司中，他们大多使用多个旋翼和机翼来提供升力。车身设计也非常创新，预计在十年内将成为人们在城市之间快速通勤和移动的新方式。

但是，如果即使是熟悉制造传统有翼飞机的公司也找不到立足点，那么大约130家公司开发新飞机和航空服务还有什么机会？

在一条充满认证、资金和物流等障碍的道路上，生产问题很容易被忽视。

然而，在制造飞行汽车的公司中，大多数计划以空中出租车的形式运营，从这个角度来看，飞行车队的大规模生产显然已成为一个关键方面。

如果数千架eVTOL飞机在服务启动后没有做好运送乘客的准备，“飞行汽车”的时代将很难到来。

保时捷咨询公司2018年的一项研究预测，到2035年，320亿美元的乘用车市场将带来23000 eVTOL飞机的需求。

如今，地球上没有一家公司的年产量超过700架，部分原因是其产品的复杂性和相对较小的市场规模。

考虑到空中出租车的数量取决于其类似汽车的车队规模和碳纤维结构，这些公司可能不得不从头开始。

佐治亚理工学院研究新兴航空市场的航空工程师Brian Deman解释道：“由于没有足够的市场空间，基本上没有大规模生产的飞机，实现这一目标所需的投资水平也非常大。”。

全面的挑战

碳纤维重量轻、强度高，值得称赞，但制造起来很困难。

这一耗时耗力的过程包括将浸过树脂的碳纤维片放入模具中，在烤箱中烘烤数小时后进行修复，并将部件粘合在一起。

从一开始，Icon就让事情变得更加艰难。

其A5飞机拥有370个独立的碳纤维部件，总面积为10000平方英尺。所有碳纤维材料必须手动堆叠，然后手动粘合成70个组件。

提高可制造性的每一个变化都意味着需要重新设计其他组件，这可能会影响产品的重量、成本或性能。

“我们有太多的东西不是为碳纤维的可制造性而设计的，”2015年加入Icon的公司首席执行官Thomas Venus说

一些eVTOL公司似乎暗示了“生产地狱”的潜在痛苦，贝尔就是其中之一。

该公司在消费电子展上发布了Nexus概念车供空中租赁。在这个新项目中，公司的设计团队与负责原型生产和产品制造的人员合作。

贝尔创新公司副总裁Scott Drenan透露：“在没有制造人员在场的情况下，不会进行设计评估

在花了80年时间制造直升机和小型飞机之后，贝尔非常清楚制造的痛苦，碳复合材料也是其中之一。

他们会看着一些东西说，“制造成本太高了，所以请改用另一种工艺或设计。”不能低估制造成本基准的建立，”Drenan说。

目前尚不清楚刚刚进入该领域的新公司将采用哪些生产方法……

大多数宣布空中客车项目的公司都没有公开讨论他们的制造战略。

但贝塔科技似乎已经提供了答案。

2019年1月，贝塔展示了其原型机，这可能是迄今为止速度最快、最大的垂直起降飞机。

Beta的目标是在2024年开始生产商用飞机，并与北卡罗来纳州的碳纤维制造商Blue Force合作。

首席执行官凯尔·克拉克认为，这种合作关系应该确保贝塔的最终产品实用、经济可行，并将充分利用碳纤维的优势。

你会发现，这个行业中有一些资金充足的eVTOL公司，他们会尝试完成设计、分析、生产的所有步骤，然后将特定的零件规格交给制造商。这注定会失败，因为可制造性不是飞机产品的重点

克拉克继续解释道：“如果我们不能理解设计中的‘可能性艺术’，那么我们就错过了使整个设计尽可能简单优雅的机会

Blue Force首席执行官Scott Bradso表示，在eVTOL的竞争中，小型初创公司比传统飞机制造商具有优势。

希望负责空气动力学、推进器、造型、结构、制造和其他方面的人员在控制设计方面拥有平等的发言权吗？“Bradso说，他之前曾在Icon工作，目睹了新挑战的出现。”大公司表示，他们希望整合自己的产品和设计团队，但一直无法做到这一点

Bradso表示，他仍然可以控制Beta设计中的奢侈和浪费。

他指出，Icon早期的问题之一是坚持采用类似跑车的内饰，但事实证明，使用碳纤维制造这样的内饰既昂贵又耗时。

此外，Blue Force正在不断开发或测试新的复合材料制造技术，包括热塑性复合材料，这是一种在加热时会软化的碳纤维。

通过这种方式，零件在加热过程中形成，并在冷却后硬化。与传统的碳纤维制造相比，后者需要先成型，然后烘焙成型，这是一个更耗时、更劳动的过程。

解决方案

如果Icon为我们提供了一个警示故事，那么另一家新的飞机制造商可能会成为eVTOL的灵感来源。

Game Composites总部位于阿肯色州本顿维尔，由沃尔玛的继任者斯图尔特·沃尔顿创立，正在开发一种由复合材料制成的飞机，作为简化碳纤维生产的一种手段。

该公司总裁Philip Steinbach的战略一直是谨慎行事，一次只应对一个挑战，专注于制造组件的质量和一致性。

到目前为止，Game Composites在原型制造过程上只花费了大约300万美元，包括原材料、设备和工资。

它关注的一个因素是可修复性的需求，指出了在不需要更换整个组件的情况下在现场修复损坏的挑战。

斯坦巴赫说：“我们已经证明，维修可以在不拆卸零件的情况下进行，第二天我们可以再次飞行。”。

该公司的产品名为GameBird，其制造过程中使用了一种名为湿层压碳纤维的材料。这种材料需要工人在分层过程中手动将树脂添加到薄板上。

这是eVTOL公司必须注意的材料细节。尽管这种方法比更流行的“预浸材料”更耗时，但Steinbach说它可以更容易地修复。

在Icon，Venus专注于将汽车级生产战略引入飞机制造厂，引入激光等技术来指导工人进行材料精加工，提高这一过程的效率，并培训员工进行各种操作。

由于制造成本高，我们肯定不会像第一次那样做。“他给空中出租车初创公司的建议听起来可能很无聊，但这是有道理的。

我会告诉其他人先分一小部分蛋糕，让他们意识到需要多少钱。无论PPT上展示的产品多么惊艳，投资者只想要实物产品。这就要求公司具备生产、加工、高科技能力和训练有素的人员

Venus表示，潜在客户仍然对A5感到兴奋，公司员工也受到了最近变化的激励。

无论如何，Icon可能已经度过了痛苦的第一个十年，并开始计划向……提供碳纤维组件……

工业。

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