热塑性复合材料与灌注结构技术的深度融合，正推动航空制造从“热固性主导”向“热塑-灌注协同”的新一代工艺体系转型，成为未来飞机机体实现极致轻量化、高效化制造、绿色循环的核心技术路径。本文聚焦热塑性与灌注结构技术的创新突破，系统阐述其在未来飞机机体上的工程应用前景，为航空制造产业升级提供技术参考与方向指引。
一、技术融合新范式：热塑性与灌注结构重塑航空制造生态
（一）技术特性互补，构建协同优势
热塑性复合材料（TPC）以可熔融重塑、高韧性、抗冲击、可回收为核心优势，灌注结构技术（如HP-RTM、VARTM）则凭借一体化成型、高纤维含量、低孔隙率的工艺特点，二者融合形成“材料-工艺”双轮驱动的创新体系，在多技术维度实现协同增效。在成型效率方面，热塑性复合材料可实现快速模压5-15分钟/件，灌注结构技术通过高压灌注可实现10-30分钟/件，二者融合后成型周期可缩短60%-80%，能够适配航空制造规模化量产需求；在结构性能方面，热塑性复合材料断裂韧性提升40%以上、抗冲击性能优异，灌注结构技术可使纤维体积含量达60%以上、层间强度高，融合后构件综合力学性能可提升25%-35%；在绿色属性方面，热塑性复合材料可熔融再生、回收利用率达85%以上，灌注结构技术树脂利用率达95%以上、废料率低，二者协同可使全生命周期碳足迹降低30%以上；在装配特性方面，热塑性复合材料可焊接、可机械连接、装配效率高，灌注结构技术一体化成型可减少连接点30%以上，融合后整机装配成本可降低40%以上。
（二）核心技术突破方向
1. 树脂体系创新：开发低熔点聚芳醚酮（LMPAEK）、生物基热塑性树脂，降低成型温度，提升与灌注工艺的适配性，为工艺融合奠定材料基础。
2. 工艺复合化：推动HP-RTM与热塑性预浸料的原位复合成型，实现大型复杂构件一次成型，最大成型面积可达到50㎡，破解大型航空构件成型难题。
3. 智能调控技术：融合AI算法与数字孪生技术，构建全流程智能调控系统，实现树脂注射量、温度场、压力场的实时闭环控制，控温精度可达±0.5℃，控压精度可达±0.01MPa，提升构件性能一致性。
4. 界面增强技术：采用等离子体表面改性结合功能化界面层设计，提升热塑性树脂与纤维的界面结合力，使层间剪切强度提升40%以上，避免工艺融合过程中出现界面脱粘问题。
二、工艺创新突破：全流程技术升级打造高效制造体系
（一）自动铺放-原位固结一体化工艺（AFP-ISC）
空客H-160直升机桨毂中央件已采用CF/PEEK预浸料通过AFP-ISC技术成型，较传统工艺实现减重30%，制造周期缩短50%，其核心创新点集中在三方面：一是采用激光加热（400-420℃）实现预浸带局部熔融，同步完成原位固结，减少成型工序；二是依托机器人协同铺放技术，提升复杂曲面适配精度，可达±0.1mm，满足航空构件精密成型需求；三是采用非热压罐（OOA）工艺，大幅降低设备投资成本，较传统热压罐设备投资降低50%以上。
（二）高压树脂传递模塑-热塑性复合工艺（HP-RTM+TPC）
空客未来窄体机研发中已采用该工艺制造机身壁板，实现三大核心突破：一是采用热塑性预浸料骨架与树脂灌注一体化成型，构件一体化率达80%以上，减少连接工序，提升结构强度；二是大幅缩短成型周期，从传统热固性工艺的数小时缩短至10-30分钟，制造效率提升5倍以上，适配规模化量产；三是精准控制构件孔隙率，将孔隙率控制在1%以下，显著提升构件性能稳定性与服役可靠性。
（三）热塑性复合材料焊接技术
该技术已成为未来飞机机体装配的核心技术，将逐步替代传统铆接工艺，根据应用场景不同形成三类核心技术路径：一是超声波焊接，适用于薄型构件，焊接强度可达基体强度的90%，焊接效率极高，单点点焊时间不足10秒；二是感应焊接，适用于大型构件，加热均匀，焊接效率较传统铆接提升3倍以上，可适配机身壁板等大型构件装配；三是激光焊接，精度高、热影响区小，适配航空发动机等高温服役部件的焊接需求，保障部件焊接质量。
三、工程应用全景：从部件到整机的全面渗透
（一）机身结构创新应用
1. 一体化机身壁板：采用热塑性复合材料结合HP-RTM工艺制造，取消传统铝合金桁架结构，实现机身壁板一体化成型，可使机身减重15%-20%，同时能够增加客舱宽度20%，如空客“透明机身”概念机便采用该技术方案，兼顾轻量化与乘坐舒适性。
2. 机身框架：采用连续碳纤维增强热塑性复合材料，通过AFP-ISC工艺成型，构件强度提升30%，疲劳寿命可延长至20年以上，能够满足机身框架长期服役的高可靠性需求。
3. 客舱地板梁：采用热塑性复合材料模压成型，实现减重25%，抗冲击性能提升40%，能够适配宽体客机高密度载客的载荷需求，同时提升客舱结构安全性。
（二）机翼结构技术革新
1. 机翼主梁：采用热塑性复合材料结合灌注成型工艺制造，实现“整体化-轻量化-高韧性”三重目标，可使机翼主梁减重30%，抗疲劳性能提升50%，保障机翼核心承力需求。
2. 折叠翼尖：波音“超长航程客机”设计中，借助热塑性复合材料优异的弹性变形能力，将翼尖设计为可自动折叠结构，起降时翼尖折叠可减少机场占用空间，巡航时展开可提升机翼气动效率。
3. 机翼蒙皮：采用HP-RTM工艺制造的热塑性复合材料蒙皮，表面质量优异，能够减少飞行过程中的空气阻力，使机翼气动效率提升10%以上，助力飞机降低燃油消耗。
（三）尾翼与控制面高效制造
1. 水平尾翼：采用热塑性复合材料一体化成型，减少连接点40%，装配效率提升60%，同时制造成本降低30%，兼顾效率与成本需求。
2. 方向舵：采用热塑性-灌注复合工艺制造，实现轻量化与抗冲击性能的平衡，可使方向舵减重20%，使用寿命延长3倍以上，降低维护成本。
（四）典型应用案例
1. 空客H-160直升机：桨毂中央件采用CF/PEEK预浸料通过AFP技术成型，较传统工艺实现减重30%，制造周期缩短50%，验证了热塑性复合材料在航空关键部件上的应用可行性。
2. 欧洲HERWINGT项目：中央翼盒前缘采用AFP-ISC技术制造，将工艺流程从传统龙门机床升级为川崎机器人协同作业，制造效率提升40%，推动热塑性复合工艺的规模化应用。
3. 国产C929宽体客机：机身壁板采用国产热塑性复合材料结合HP-RTM工艺制造，实现核心技术国产化替代，较进口工艺制造成本降低40%以上，助力我国大飞机产业自主可控发展。
四、降本增效绿色发展：全生命周期价值提升
（一）制造成本显著降低
热塑性与灌注结构技术融合可从材料、设备、人工三个维度实现成本优化：在材料成本方面，热塑性复合材料回收利用率达85%以上，再生材料性能可保持原材的90%以上，能够大幅降低原材料浪费，使原材料成本降低30%以上；在设备成本方面，非热压罐工艺替代传统热压罐工艺，设备投资降低50%，同时设备能耗降低40%以上，减少设备运行成本；在人工成本方面，自动化制造水平提升至80%以上，大幅减少人工介入，使人工成本降低50%，同时提升产品质量一致性，将构件废品率从传统工艺的8%-15%降至3%以下，进一步降低返工与原材料损耗成本。
（二）性能与效率双重提升
在轻量化与性能方面，热塑性与灌注结构技术融合可使整机减重15%-30%，进而提升飞机燃油效率10%-20%，续航能力增加25%以上，同时构件综合力学性能提升25%-35%，保障飞机服役可靠性；在制造效率方面，全流程工艺协同联动，使全流程制造周期较传统工艺缩短60%以上，单架飞机交付时间从12个月缩短至6个月以内，单台设备日产能提升2-3倍，适配航空制造规模化量产需求；在服役寿命方面，热塑性复合材料抗疲劳性能优异，可使飞机服役寿命从25年延长至35年以上，降低飞机全生命周期维护成本。
（三）绿色循环发展新路径
热塑性与灌注结构技术融合构建了航空制造全生命周期绿色循环体系：在制造阶段，灌注工艺使树脂利用率达95%以上，热塑性复合材料制造废料率降至5%以下，同时切削液、树脂废液实现无害化处理与循环利用，减少环境污染；在使用阶段，轻量化升级带来燃油消耗降低，使飞机全生命周期碳排放量减少30%以上，契合低碳发展需求；在退役阶段，热塑性复合材料可通过熔融再生实现回收利用，回收利用率达85%以上，废弃构件与加工废料可转化为再生材料，应用于航空辅助结构件或其他领域，实现“资源-产品-再生资源”的绿色循环，破解传统航空复合材料回收难题。
五、技术发展趋势与未来展望
（一）核心技术演进方向
1. 智能化深度升级：2028年前实现热塑性-灌注全工艺数字孪生全覆盖，依托AI大模型驱动工艺参数自优化，打造“无人化、自主化”的航空复合材料智能工厂，进一步提升制造效率与产品一致性。
2. 材料体系高端化：开发耐温450℃以上的新型聚芳醚酮基复合材料，突破材料耐高温瓶颈，推动其在航空发动机热端部件的应用，拓展技术应用边界。
3. 工艺复合化极致：2030年前实现“成型-检测-装配-修复”一体化工艺，将构件制造与后期维护深度融合，使构件全生命周期成本降低50%以上，提升产业经济效益。
4. 绿色化全面覆盖：推动生物基热塑性树脂在航空领域的规模化应用，使生物基热塑性树脂占比提升至30%以上，同时将复合材料回收利用率提升至90%以上，实现航空制造零碳排放，契合全球“双碳”目标。
（二）未来3-5年发展目标
2027年，热塑性复合材料在民机结构中的应用占比将达到25%以上，重点应用于机身壁板、机翼前缘、尾翼等非主承力构件，实现制造成本降低30%、整机减重20%以上的产业价值，推动技术规模化落地；2029年，热塑性-灌注复合工艺实现规模化应用，逐步拓展至机翼主梁、机身框架等主承力结构，实现整机减重30%、制造周期缩短60%的目标，进一步提升航空制造效率与产品竞争力；2030年，航空复合材料全生命周期绿色循环体系全面建成，实现全机复合材料构件回收利用率达90%以上，全生命周期碳足迹降低40%以上，推动航空制造产业绿色转型。
（三）产业生态构建
1. 产学研协同创新：联合高校、科研机构与航空制造企业，建立热塑性-灌注技术联合研发中心，聚焦核心技术瓶颈开展联合攻关，同时培育兼具科研能力与产业素养的复合型人才，夯实产业发展人才根基。
2. 产业链自主可控：加大国产核心材料与装备研发投入，推动国产大丝束碳纤维、热塑性树脂、灌注设备的国产化替代，打破国外技术垄断，构建“材料-工艺-装备-应用”的自主可控产业链体系。
3. 标准体系完善：联合行业协会与骨干企业，制定热塑性-灌注复合材料设计、制造、检测、回收全流程行业标准与国家标准，规范产业发展秩序，推动产业高质量、规范化发展。
热塑性与灌注结构技术的创新融合，正引领未来飞机机体制造进入“高效化、轻量化、绿色化”的新时代，成为我国航空制造产业实现“从跟跑向并跑、领跑跨越”的核心技术支撑。通过树脂体系、工艺技术、智能调控等方面的持续创新，以及产学研协同、产业链完善、标准体系构建等产业生态建设，热塑性-灌注复合工艺将在未来3-5年内实现规模化应用，持续推动航空制造产业降本增效、绿色发展，为我国大飞机事业与航空强国建设注入强劲动力。
