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【国际资讯】碳纤维复合材料浮筒, 托起新一代两栖灭火飞机



【国际资讯】碳纤维复合材料浮筒, 托起新一代两栖灭火飞机
FF72 将能够一次汲取 8,000 升水 © PositiveAviation


把一架支线客机改装成两栖灭火飞机,而机身完全不与水直接接触——这正是 Positive Aviation 开发 FF72 的思路。该机可携带 8,000 升水,由两只 18 米长的混合结构复合材料浮筒支撑,浮筒带有金属加强件,其碳纤维结构由 Multiplast 制造。这次联合开发,把这家总部位于瓦讷(Vannes)的企业在离岸竞速帆船领域掌握的部分材料与工艺,带进了航空领域。

当山火愈演愈烈,投水量与飞机可用率便成了两个关键瓶颈。Positive Aviation 希望用 FF72 同时回应这两个问题。FF72 是一种全新的掠水式灭火飞机,但它并非从零研制,而是由一款成熟可靠的支线涡桨客机 ATR 72 改装而来,并为其配上两只部分采用碳纤维复合材料制成的浮筒。这架由这家位于图卢兹-布拉尼亚克(Toulouse-Blagnac)的法国公司研发的水上飞机,将能从跑道起降,并从水面汲取 8,000 升水——作为对比,该公司用作基准的 Canadair 灭火机为 6,140 升。

这一思路也塑造了 Positive Aviation 的商业模式。作为一家工程公司,它负责设计并完成改装,同时确保各部件实现最优集成。客户可以自行购买一架全新的或二手的 ATR 72,也可以把这件事交给 Positive Aviation,由后者在布拉尼亚克完成部件集成,造出 FF72。

然而,支线客机的机身原本并不是为直接接触水面而设计的。

"我们的挑战在于,要让一架现役飞机下水,而它的机身并不是为这个用途设计的。因此,我们必须找到一种不同的总体构架。"

—— Raoudha Jammoussi,Positive Aviation 联合创始人

这个想法本身并不新鲜:历史上,一些原本为其他用途设计的飞机都曾加装浮筒,二战期间尤为常见。Positive Aviation 只是把这一概念用在了这种吨位的飞机上,也用在了消防任务中。

"浮筒及其连接件的作用,是吸收与水接触时产生的载荷,并限制其向机体结构传递。这样设计的目的是减少对机身的加强需求,并随着时间推移降低结构疲劳,"

Jammoussi 补充道。

Positive Aviation 还期待这种布局能在涌浪和侧风中提供更好的稳定性。为提高飞机的出动率,左右两只浮筒被设计成完全相同、可以互换。举例来说,若在浅水中发生碰撞,受损浮筒可以被拆下,并迅速换上可用的一只,从而压缩飞机停场时间,同时把拆下的受损浮筒单独送去修理。


【国际资讯】碳纤维复合材料浮筒, 托起新一代两栖灭火飞机
FF72 设计办公室 © PositiveAviation


从离岸竞速到水上飞机

要开发这些在当代航空中并不常见的部件,Positive Aviation 找到了 Multiplast——一家位于法国瓦讷的大型复合材料结构专业厂商。它与竞速多体帆船所用大型浮筒在技术上的相似性,是促成这一选择的原因之一。

"Positive Aviation 之所以找到我们,是因为这些都是大型复合材料构件,和我们为竞速三体船制造的部件很像。从最初的讨论开始,浮筒就一直按复合材料来设想,从未考虑过铝。"

—— Yann Penfornis,Multiplast 总经理

重量是主要挑战之一。"浮筒上每减掉一公斤,就是机身上可以多带一公斤水用于灭火,"Penfornis 总结道。不过,仅靠高强(HS)碳纤维并不足以立刻达到重量目标。于是 Multiplast 转向中模量(IM)碳纤维——这种纤维在压缩性能上表现更好。与此同时,团队还必须确定着水冲击压力(slamming pressure),也就是浮筒触水时产生的冲击载荷;而针对这一吨位水上飞机的近期参考数据非常有限。

不过浮筒并非全复合材料。外蒙皮和大部分隔框采用复合材料,而起落架所在的区域则采用金属结构。连接浮筒与机身的梁由铝制成。Positive Aviation 负责这一混合架构的设计,Multiplast 负责碳纤维复合材料部件,金属结构则由加拿大魁北克的 DCM 生产。

两家公司的关系超出了客户与供应商。"Multiplast 和 Positive Aviation 是真正意义上的联合开发。双方团队围绕不同工艺保持着持续沟通,"Penfornis 说。这种协作尤其覆盖了从原型到批产的过渡。首批浮筒采用手工铺层制造,而目前正在研究一套自动化程度高得多的生产工艺,以支撑计划的产能爬坡。

从碳纤维预浸料到 18 米浮筒

Multiplast 使用中模量碳纤维预浸料,在烘箱中以非热压罐(Out-of-Autoclave,OOA)工艺固化。与许多竞速帆船结构不同,浮筒是整体成型的,内部没有泡沫或蜂窝芯材,并由同样用预浸料制成的纵向加强筋加强。材料与固化方式与 Multiplast 为旺代环球帆船赛(Vendée Globe)赛船所用的相似,但航空的要求显著改变了装配方式。

"在竞速帆船上,我们大量使用胶接。而在航空领域,损伤容限要求意味着需要更多的机械紧固。"

—— Yann Penfornis,Multiplast 总经理

于是铆钉和螺栓取代了部分在船舶领域使用的胶接或共固化连接。Multiplast 还在与南特(Nantes)的一家飞机制造商合作,研究这些航空紧固件的安装。

制造从接收外形几何数据开始,随后是工装与模具的制作。接着铺贴蒙皮并固化,再装纵向加强筋,之后脱模。金属结构与复合材料结构并行生产。各部件随后汇集到南特进行装配:先集成金属结构,再把壳体与甲板连接起来,形成完整的浮筒。这个 18 米长的部件随后被运往法国图卢兹,与 ATR 72 会合完成最终集成。

不过,要提高产量就必须改变量级。Positive Aviation 与 Multiplast 正在投资自动化产线,设计产能为每年 12 对浮筒——足以平均每月装备一架 FF72,另加一对备件。这种工业化本身也是取证流程的一部分。"你取证的不只是一个航空部件,你还要对制造它所使用的手段和工艺进行取证,"Penfornis 指出。因此,两家公司共用的未来工厂——包括其机器人、烘箱以及全部生产设备——都必须投入运行,才能完成取证。

位于瓦讷的工厂计划于 2027 年和 2028 年建设,目前规划申请已经提交。Positive Aviation 计划在 2029 年山火季交付首架汲水型 FF72,2029 年产能为 5 架,到 2030 年提升至每年 12 架。

本文译自 JEC COMPOSITES MAGAZINE N°171 2026 年 11–12 月号,「SOLUTIONS · successful partners」栏目,第 49–50 页。

原文标题:Carbon composite floats for a new amphibious water bomber

图片版权:© PositiveAviation


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