在全球航空業(yè)加速向低碳化轉型的時代背景下，清潔航空綠色區(qū)域飛機計劃（GRA）下的混合電動區(qū)域機翼集成新型綠色技術（HERWINGT）項目，以前瞻性的技術探索，成為推動航空領域可持續(xù)發(fā)展的關鍵力量。該項目聚焦熱塑性復合材料初級結構與變形翼技術研發(fā)，致力于為混合電動區(qū)域飛機（HERA）打造高效、環(huán)保的新型機翼，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的實現提供了技術路徑。

一、項目目標：錨定清潔航空新方向

HERWINGT 項目以打造具有劃時代意義的綠色航空裝備為核心目標，計劃開發(fā)一款適用于 100 座級、航程 500 - 1000 公里的混合電動區(qū)域飛機機翼，目標在 2035 年投入使用。項目致力于實現與 2020 年最先進飛機相比，燃油消耗與溫室氣體排放降低 50% 的突破性成果。這一目標的設定，契合全球航空業(yè)應對氣候變化、推動可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，將極大提升區(qū)域航空運輸的綠色競爭力。

為達成這一目標，項目采用多維度技術創(chuàng)新策略。在機翼設計上，采用桁架支撐結構，以復合材料支柱連接機身與機翼，優(yōu)化結構力學性能；在系統(tǒng)集成方面，通過更高效的內部系統(tǒng)布局，減少能量損耗；而新材料技術的應用，尤其是熱塑性復合材料的研發(fā)與推廣，成為實現減重與減排目標的關鍵突破口。

二、熱塑性復合材料初級結構：輕量化與可持續(xù)的雙重突破

熱塑性復合材料（TPC）在 HERWINGT 項目中占據核心地位，其優(yōu)異的性能為機翼結構革新提供了可能。項目團隊通過原位固化（ISC）TPC 技術，結合自動纖維鋪放（AFP）工藝，實現了復合材料構件的高效制造。

在中央翼盒前緣制造中，FIDAMC 等合作伙伴對 AFP ISC 技術進行深度優(yōu)化。將工藝流程從龍門機床升級至川崎機器人，配合旋轉芯軸與 AFP 機器人的協(xié)同作業(yè)，顯著提升了復雜幾何形狀構件的加工能力。同時，改進 AFP 加熱源，將二極管激光器進行分段控制，可靈活調整絲束層壓數量，滿足不同部位的成型需求。這種技術創(chuàng)新不僅提高了生產效率，更確保了構件的精度與質量。

FIDAMC正在使用一個機器人AFP系統(tǒng)，該系統(tǒng)的激光分為四個部分，為HERWINGT生產一個原位整合TPC前沿演示器。來源| FIDAMC

在材料選擇上，項目針對不同部件需求精準匹配材料。前緣演示器采用 APC2 PEEK 材料，憑借其出色的機械性能與耐高溫特性，滿足關鍵部位的高強度要求；襟翼演示樣機則選用由碳纖維與 LMPAEK 聚合物組成的 TC1225 預浸料帶，在保證性能的同時，降低制造成本。通過這些材料與工藝的結合，項目成功實現機翼部件層面減輕 15% 重量、降低 20% 燃油消耗的目標，為飛機整體性能提升奠定堅實基礎。

熱塑性復合材料的應用還賦予項目顯著的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢。TPC 材料可使用回收材料，通過共固化與焊接技術消除緊固件，減少材料浪費；其可回收特性，使部件在報廢后仍能實現資源再利用。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：氣動效率的革命性提升

變形翼技術是 HERWINGT 項目的另一大創(chuàng)新亮點，旨在通過機翼表面的自適應變形，替代傳統(tǒng)控制面，實現氣動效率的跨越式提升。項目從三個維度展開研究，分別是可變形前緣和后緣（用于襟翼和副翼）、可變形支柱，這些技術均以復合材料為基礎，充分發(fā)揮其可設計性強的優(yōu)勢。

米蘭理工大學負責開發(fā)的可變形前緣和后緣副翼，采用玻璃纖維增強環(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。團隊基于智能結構設計理念，通過優(yōu)化纖維取向，實現結構變形與氣動性能的完美平衡。該方案無需依賴智能材料，而是通過創(chuàng)新結構設計，降低技術復雜度與成本，提高可靠性。

在HERWINGT內部，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。來源| HERWINGT項目和米蘭理工大學

意大利航空航天研究中心（CIRA）專注于后緣襟翼的可變形設計，與米蘭理工大學的成果形成互補。雙方將在大型風洞中進行全尺寸變形測試，驗證技術可行性與性能優(yōu)勢。

荷蘭代爾夫特理工大學研發(fā)的可變形支柱技術，為機翼變形提供了全新思路。研究人員通過在底部蒙皮開槽，利用復合材料模塊與彈性體連接，實現翼型扭轉和彎度的差動控制。為解決結構變形中的應力問題，團隊采用硅膠替代部分蒙皮，增強結構柔順性。該技術有望在不增加過多重量的前提下，顯著提升飛機在不同飛行階段的氣動性能。

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

四、數字孿生：全生命周期管理的智慧引擎

數字孿生技術在 HERWINGT 項目中扮演著不可或缺的角色，為項目研發(fā)與管理提供了數字化解決方案。作為一個集成產品全生命周期信息的框架，數字孿生技術將制造、裝配、維護等環(huán)節(jié)數據進行整合，形成一個動態(tài)、實時更新的數字模型。

對于復合材料部件，數字孿生技術在設計制造階段尤為關鍵。其不僅包含部件的幾何信息，還涵蓋纖維取向、鋪層工藝、性能參數等詳細數據。通過傳感器實時采集服役過程中的結構狀態(tài)信息，結合預設算法，可準確預測故障模式，優(yōu)化維護計劃，實現從設計到退役的全生命周期精準管理。

在項目協(xié)同研發(fā)過程中，數字孿生技術構建了統(tǒng)一的數據平臺，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“真實來源”，避免數據孤島，提高研發(fā)效率與決策準確性，為新型機翼的成功開發(fā)提供了強大的技術支撐。

五、項目進展與未來展望

HERWINGT 項目自 2023 年 1 月啟動，計劃于 2026 年 10 月完工。盡管項目獲得 10 個月延期以完善演示與測試工作，但已取得的階段性成果令人矚目。各參與機構在熱塑性復合材料制造、變形翼技術開發(fā)及數字孿生應用等方面均實現關鍵技術突破，部分成果已進入工程驗證階段。

展望未來，HERWINGT 項目的成功實施，將為混合電動區(qū)域飛機的商業(yè)化運營奠定堅實基礎。其創(chuàng)新技術不僅適用于航空領域，還可向汽車、船舶等交通運輸行業(yè)拓展，推動整個制造業(yè)向輕量化、智能化、綠色化方向發(fā)展。隨著技術的不斷成熟與成本降低，熱塑性復合材料與變形翼技術有望成為未來交通工具的標準配置，引領全球交通運輸行業(yè)的綠色變革。