在航空制造向轻量化、高效化、绿色化转型的浪潮中，飞机机体结构材料与成型工艺的创新成为核心驱动力。传统飞机机体制造多依赖热固性复合材料与传统机械加工工艺，存在成型周期长、回收难度大、结构集成度低等瓶颈，难以满足现代飞机“轻量化、长寿命、高安全性”的核心需求。在此背景下，热塑性复合材料结构与灌注成型结构凭借互补的技术特性，逐步替代传统金属结构与热固性复合材料结构，构建起“材料-工艺”双轮驱动的创新体系，推动飞机机体制造从“热固性主导”向“热塑-灌注协同”转型，为未来飞机实现极致轻量化、高效量产与绿色循环提供了核心技术路径，二者的协同应用已成为航空装备高质量发展的重要方向。
一、飞机机体热塑性结构：轻量化与高效制造的核心载体
飞机机体热塑性结构以热塑性树脂（如聚芳醚酮、聚丙烯、聚酰胺等）为基体，搭配碳纤维、玻璃纤维等增强材料，通过熔融-固化-成型的可逆性工艺制备而成，相较于传统热固性结构与金属结构，在轻量化、力学性能、制造效率及绿色回收等方面具备显著优势，已广泛应用于机身、机翼、尾翼等核心构件，成为现代飞机机体轻量化升级的核心选择。
（一）核心技术特性与优势
热塑性结构的核心优势源于材料本身的特性与成型工艺的创新，精准契合飞机机体对“高性能、高效率、低成本”的核心需求：一是轻量化成效显著，热塑性复合材料密度仅为钢制结构的1/4-1/3，相较于传统铝合金结构可实现15%-30%的减重，其中碳纤维增强热塑性结构减重幅度可达30%-40%，能有效降低飞机燃油消耗，提升续航能力，同时减轻机身载荷，延长服役寿命；二是力学性能优异，通过纤维增强改性后，热塑性结构的比强度是钢材的2-8倍，断裂韧性提升40%以上，抗冲击性能突出，层间剪切强度可达60MPa以上，力学性能一致性偏差≤±3%，远优于传统热固性复材，能有效抵御飞行过程中的气流冲击、振动及意外碰撞，避免结构分层、脱粘等缺陷，保障机体结构安全性；三是制造效率高，热塑性材料可实现快速熔融成型，成型周期缩短至5-15分钟/件，较传统热固性工艺的数小时大幅缩短70%以上，且可采用非热压罐（OOA）工艺，大幅降低设备投资成本，适配飞机机体规模化量产需求；四是绿色可回收，热塑性复合材料可通过熔融再生技术实现回收利用率达85%以上，再生材料性能可保持原材的90%以上，大幅降低原材料浪费与废弃构件处理压力，契合航空产业双碳目标与绿色发展趋势；五是装配便捷，热塑性结构可采用超声波、感应、激光等焊接技术替代传统铆接工艺，焊接强度可达基体强度的90%，单点点焊时间不足10秒，装配效率提升3倍以上，同时减少连接点30%以上，进一步降低机身重量与装配成本；六是界面相容性佳，通过精准调控树脂与纤维的界面结合力，热塑性复材的热膨胀系数与飞机机体金属结构件的匹配度提升40%，有效降低构件在服役过程中的热应力，避免因热膨胀差异导致的结构失效。
（二）关键成型工艺与工程应用
随着工艺技术的迭代，热塑性结构形成了多种适配飞机机体复杂构件的成型路径，核心工艺包括自动铺放-原位固结一体化工艺（AFP-ISC）、高压模压一体化成型工艺、连续拉挤成型工艺、3D打印成型工艺及FiberForm复合工艺等，已在多款民航客机、直升机及高端机型上实现工程落地：
自动铺放-原位固结一体化工艺（AFP-ISC）通过激光加热（400-420℃）实现预浸带局部熔融，同步完成原位固结，复杂曲面适配精度可达±0.1mm，空客H-160直升机桨毂中央件已采用该技术成型，实现减重30%、制造周期缩短50%的显著成效，欧洲HERWINGT项目也采用该技术制造中央翼盒前缘，将制造效率提升40%；高压模压一体化成型工艺通过精准调控树脂浸润压力（0.1-0.5MPa），实现复杂结构构件一次成型，尺寸精度达±0.1mm，废品率降至3%以下，适配机身框架、机翼主梁等核心承力构件生产；连续拉挤成型工艺实现热塑性复材的连续铺层、浸润与固化，单条产线年产能突破10万吨，适配机体构件批量制造需求；3D打印成型工艺采用碳纤维增强热塑性线材，无需模具即可实现个性化、定制化构件生产，大幅缩短研发周期，适配高端机型小批量构件制造；克劳斯玛菲自主创新的FiberForm工艺，可使连续纤维热塑性有机板材经热压成型后进行二次包覆注塑，实现一体化成型，将垂直起降飞行器（eVTOL）复杂肋状结构的加工工时从100多小时缩短至2分钟，且保持同等强度与安全性。
在工程应用中，热塑性结构已实现从非承力构件向承力构件的全面渗透：空客A380、A350客机的进气道声学面板、副翼肋条等构件采用热塑性复合材料制造，国产C929宽体客机机身壁板采用国产热塑性复合材料成型，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；军用飞机的座舱地板、方向舵肋条等构件也广泛应用热塑性结构，兼顾轻量化与抗冲击性能。
二、飞机机体灌注结构：高精度与一体化成型的关键支撑
飞机机体灌注结构是依托树脂灌注工艺，将树脂基体精准注入纤维增强体，经固化成型制备而成的复合材料结构，核心工艺包括树脂传递模塑（RTM）、真空辅助灌注（VARI/VARTM）、高压树脂传递模塑（HP-RTM）等。该结构凭借“一体化成型、高纤维含量、低孔隙率”的核心优势，能够精准适配飞机机体复杂曲面、厚壁及大型构件的成型需求，有效解决传统工艺难以实现的结构集成化难题，与热塑性结构形成技术互补，共同支撑飞机机体性能升级。
（一）核心技术特性与优势
灌注结构的核心竞争力集中在成型精度、结构完整性与工艺适配性上，精准匹配飞机机体对构件高性能、高一致性的严苛要求：一是一体化成型能力突出，可实现复杂曲面、多筋肋、厚壁构件的一次成型，无需后续多道装配工序，大幅减少连接点，提升结构整体性与可靠性，同时降低装配成本，适配机身壁板、机翼蒙皮、发动机舱壳体等大型复杂构件制造；二是成型精度高，通过闭环调控系统实现树脂注入量、固化温度、压力等参数的实时调控，控温精度可达±0.1℃、控压精度可达±0.01MPa，有效避免树脂气泡、缺胶、纤维偏移等缺陷，构件尺寸精度可达±0.05mm，表面平整度提升至0.1mm，远优于传统成型工艺；三是力学性能稳定，树脂浸润均匀性提升50%以上，构件孔隙率可控制在1%以下，纤维体积含量达60%以上，层间强度高，力学性能一致性偏差≤±3%，能够根据飞机不同部位的承载需求，通过调控树脂配方与工艺参数，定制构件的力学性能，如机翼主梁采用高模量树脂灌注，拉伸强度≥100MPa，抗冲击性能提升20%；四是工艺兼容性强，可与热塑性结构实现复合成型，构建“热塑-灌注”协同结构，同时适配碳纤维、玻璃纤维等多种增强材料，适配不同构件的性能需求；五是绿色高效，树脂利用率达95%以上，废料率低，能耗较传统热压罐工艺降低40%以上，契合航空制造绿色化发展趋势，且模具可重复使用，进一步降低装备投入成本。
（二）关键成型工艺与工程应用
飞机机体灌注结构的核心工艺根据构件尺寸、性能需求分为三类，各有侧重且广泛应用于不同机型的核心构件，形成了成熟的工程应用体系：
在工程实践中，灌注结构已成为大型飞机机体一体化制造的核心工艺：波音787客机的机身段、机翼蒙皮等大型构件采用灌注工艺成型，实现机身减重20%以上；空客A350客机的尾翼构件、发动机短舱等采用RTM与HP-RTM工艺协同制造，兼顾结构强度与成型效率；国产机型中，C919客机的复合材料机翼后缘、C929宽体客机的部分承力构件，均采用灌注结构技术，推动我国大飞机制造向一体化、高精度升级。此外，灌注结构还广泛应用于军用飞机的雷达罩、机身承力构件等，通过工艺优化实现构件轻量化与高可靠性的平衡。
三、热塑性结构与灌注结构的协同应用及发展趋势
热塑性结构与灌注结构并非相互替代，而是凭借互补的技术特性形成协同效应，构建“热塑-灌注”双结构体系，推动飞机机体制造向“极致轻量化、高效量产、绿色循环”升级，二者的融合应用已成为未来航空制造的核心趋势。
二者的协同应用可实现“1+1>2”的技术成效：热塑性结构的高韧性、可回收、快速成型优势，与灌注结构的一体化、高精度、高纤维含量优势相结合，既能解决热塑性结构复杂构件成型难度大的问题，又能弥补灌注结构成型效率低、难以回收的短板。典型应用为HP-RTM与热塑性复合工艺，通过热塑性预浸料搭建构件骨架，再采用HP-RTM工艺灌注树脂，实现大型复杂构件一次成型，空客未来窄体机的机身壁板便采用该协同工艺，既实现了构件减重15%以上，又将成型周期缩短至30分钟以内，同时提升结构整体性与可回收性。此外，在飞机机身框架与蒙皮的组合结构中，机身框架采用热塑性模压成型，机身蒙皮采用VARI工艺灌注成型，二者通过焊接连接，既保证了结构强度与精度，又提升了制造效率与绿色属性。
结合航空产业向“轻量化极致化、智能化、绿色化、国产化”的发展方向，热塑性结构与灌注结构将朝着四大方向迭代升级：一是材料体系创新，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，同时研发高性能、低粘度灌注树脂，进一步提升构件力学性能与成型效率；二是工艺复合化与智能化，推动AFP-ISC、HP-RTM与3D打印技术的融合，实现大型复杂构件的高效成型，同时融入AI算法与数字孪生技术，构建全流程智能调控系统，提升工艺稳定性与构件性能一致性；三是绿色化升级，优化热塑性复合材料的回收再生技术，提升回收利用率至90%以上，完善灌注工艺的树脂回收体系，推动航空制造全生命周期碳足迹降低30%以上；四是国产化突破，加快国产热塑性树脂、灌注树脂及增强纤维的研发与产业化，打破进口技术垄断，推动核心工艺与装备的自主可控，助力我国大飞机产业高质量发展。
综上，热塑性结构与灌注结构作为飞机机体制造的核心技术路径，凭借各自的技术优势与协同效应，逐步替代传统结构，推动航空制造实现效率、性能与环保的三重升级。随着技术的持续迭代与工程应用的不断深化，二者将在未来飞机机体制造中发挥更核心的支撑作用，助力航空产业向更高质量、更绿色、更高效的方向发展。
