2012 年，FACC AG(Ried im Innkreis，Austria)获得Frost&Sullivan 全球市场份额领导奖时，其在复合材 料领域已有30年的历史，已成为空客、波音、庞巴迪、 达索和巴西航空工业公司的一级供应商。然而，它在复 合材料行业仍然相对不为人知。
对于一家持有目前正在生产的所有主要商用飞机 结构零件合同的公司来说，这似乎很不相称。仅在奥地利，FACC 就雇佣了 3000 多名员工（700 多名工程师）， 并维护着四个制造设施，总面积为 60300 ㎡/649000 平方英尺。但它也在俄罗斯、中国和阿联酋阿布扎比建立 了合资企业，并在中国、德国、印度、俄罗斯、加拿大 和美国拥有客户支持/工程业务。
该公司专注于三个产品组合：内饰、航空结构和发 动机与短舱。考虑到创新是其核心能力之一，例如，现 在的标准门铰链和内部储物箱的集成阻尼器，以及业界 首个采用一次性热压罐外（OOA）工艺生产的复合材料翼盒组件，FACC 准备扩展到主要受力结构。
HPC 由首席执行官瓦尔特·斯蒂芬（Walter Stephan） 和航空结构产品开发总监赫尔曼·菲尔塞格（Hermann Filsegger）陪同。当被问及 FACC 取得明显成功的原因 时，他们很快指出，该公司专注于寻找减轻重量、减少 紧固件和零件数量、简化安装和降低成本的方法。
一个恰当的例子涉及空客 A330/A340 的扰流板，该 扰流板之前由几个预固化的碳纤维增强聚合物（CFRP） 部件组装而成，这些部件连接到铝制接头上。然而， CFRP 和铝之间的热膨胀系数（CTE- coefficient of thermal expansion）差异是一个问题。菲尔塞格说：“通过使用 RTM（树脂转移模塑）和 CFRP，我们比最初的设计节省了 15%的重量。” 。“我们不再有 CTE 问题，也不需 要购买昂贵的锻造金属接头。”从那时起，FACC 进一 步开发了 A350 XWB 的设计（见图 1 和图 2，左侧）。菲尔塞格指出：“RTM 接头已经在 A330 上飞行多年， 没有任何问题。”
树脂为氰特（Cytec）977-20 增韧环氧树脂。事实上， 正是 Cytec 建议 FACC 参与伊尔库特（俄罗斯莫斯科） MS-21 翼盒计划。菲尔塞格回忆道：“客户知道他们想 继续进行机翼的 OOA 复合材料概念，但正在寻找一个 在技术方面具有专业知识的合作伙伴。”他认为，无论 是在注入过程还是最终组装方面，FACC 的工具概念都 比竞争对手的“更聪明” 。为什么？他解释道：“因为 我们计算了热膨胀和层压板翘曲，这样得到的零件才符 合尺寸。”他补充道，“不仅是预期的膨胀和收缩，更 重要的是，我们可以在最终组装中控制剩余的回弹。”
在根部 1 英寸/25.4 毫米厚的翼梁上，这将使零件 无法弯曲成必要的形状。“即使你这样做了，” 菲尔塞 格说，“你也会在紧固件上引入不受控制的预加载，这 是不允许的。我们的工具可以很容易地处理回弹效应， 使蒙皮与肋骨和翼梁完美贴合。这是第一次。” 菲尔塞 格和斯蒂芬表示，这是可能的，因为 FACC 从一开始就考虑了注入和最终组装过程中的所有风险。“对我们来 说，这是一个标准的技术风险评估，但它是开发创新的 关键，这样你才能实现承诺。”
当被问及FACC是否预计未来会制造OOA机翼时， 斯蒂芬解释说，原始设备制造商可能会保留（波音的案 例收回制造权）对机翼的控制权。那么，未来的主要结 构是什么呢？“我们已经发展了我们的专业知识，因此 OOA 垂直或水平安定面将很容易实现。”
参观从 1 号工厂开始，该工厂是 FACC 的公司总部 所在地，也是飞机结构和一些发动机和短舱部件的生产 基地。21000 ㎡/2226000 平方英尺设施的参观亮点包括 小翼、扰流板和发动机旁通管操作。
作为小翼开发和生产的全球领导者，FACC 于 2002 年为波音 737 下一代（即-600/-700/-800/-900 系列）交 付了其第一套航空合作伙伴波音公司（华盛顿州西雅图 APB）的商标混合小翼。然后，它与 APB 合作，将其改 装为波音 757 飞机。2010 年，FACC 交付了第 3000 套混 合翼梢小翼，并被评为产品寿命的单一来源供应商。
它再次合作 APB 的下一个设计，分叉小翼（见图 4），进行应力分析、制造开发和生产工具的设计和制造。该名称描述了分叉小翼设计和高性能弯刀形尖端的使 用，这两者结合起来，将飞机燃料消耗减少了约 2%。FACC 仅用了三个月的时间就完成了小翼的原型设计。
2013 年，FACC 与空中客车公司合作，为 A350 XWB 开发了新的小翼，其底部宽 2.3 米/7.5 英尺，高 2 米/7 英尺。FACC 负责开发、鉴定、生产工具设计和制造， 以及测试、批量生产和将单个部件组装成现成的安装系 统，以交付到位于法国图卢兹的空中客车总装线（FALfinal assembly line）。该项目是第一次在 FACC 的复合材料 实验室和测试中心对这种尺寸的全尺寸零件进行测试， 这些零件的翼尖和附加的小翼长为 6m/20 英尺（见图 4）。整个小翼系统进行了弹性、疲劳和耐久性的静态和 动态测试，直到出现机械故障，并在 HPC 参观期间处 于完工的最后阶段。
在 1 号工厂的其他地方，无数的自动切割机在几个 大型玻璃封闭的装备室里快速穿过数米长的碳纤维织 物和预浸料。在这些后面是巨大的洁净室，在那里，蒙 皮、加强筋和其他结构被手工铺在生产工具阵列上。这些工具被装载到工厂的各种热压罐和烘箱中，之后零件 被转移到专用的装配区。
穿过分叉小翼（Split Scimitar Winglet）组装区域， 8 到 10 个固定装置支撑着处于不同完工阶段的小翼。该 结构采用 CFRP 蒙皮，带有螺栓桁条和许多支架，用于 稍后连接的灯具和玻璃罩（见图 5）。FACC 还在相邻 的喷漆厂房为小翼喷涂每家航空公司的标志，喷漆厂房 配有多个喷漆室和一个为最终细节预留的大开放区域。
穿过其中一个扰流板制造区，一排排已完成的扰流 板与移动固定装置上正在进行的零件共享空间。菲尔塞 格指出了 A350 XWB 扰流板的 RTM 接头——这是一种 巨大的、视觉上无可挑剔的碳复合材料叠层，没有检测 到空隙或变形。
毗邻区域设有大型数控加工间和自动无损检测 （NDT-nondestructive testing）工作站，包括由当地机械公 司 Fill（奥地利古尔滕）提供的两台新机器。一种是高 速、10 轴、三维线性超声系统，能够通过传输和脉冲回 波询问。两个电子耦合的数控模块设计用于高吞吐量 （线速度高达 1.7m/s）和高精度（±0.2mm），通过与 标准 CAD 系统的接口生成的三维路径移动检测头。第 二个系统使用7轴机械臂以与三维检查相同的基本速度和精度进行脉冲回波超声检测。随着一个项目的 FACC 系列生产的增加，菲尔塞格解释说，每个零件都要进行 检查，直到在指定数量的零件上建立统计质量性能。之 后，定义的周期性采样被认为是足够的。
在离开 1 号工厂之前，穿过大楼内一个较大的开放 区域，该区域由许多具有各种形状切口的桶形结构组成。FACC 的另一个专业领域是轻质吸声复合材料外旁通管， 它在涡扇发动机的热芯周围引导外（旁通）气流。2002 年，FACC 与普惠公司合作开发了后者的第一个复合材 料旁通管，自 2001 年以来，已为罗尔斯·罗伊斯（英国 伦敦）BR700 系列发动机生产了 1000 多个类似零件。普 惠公司的结构采用夹层结构，碳纤维/环氧树脂外皮采 用 2x2 斜纹预浸料和铝蜂窝芯。FACC 还为导管的内层 蒙皮开发了一种声音衰减处理方法。2013 年，经过 12 个 月的开发，FACC 交付了针对远程公务机、支线飞机和 单通道喷气式客机的 PurePower PW800 发动机的几种新 设计变体，并期待着很快开始批量生产。
参观的下一站将参观人员带到 10 公里/6.2 英里外 的 Ort im Innkreis 的 2 号和 3 号工厂。2 号厂房用于内饰生产。斯蒂芬指出：“只有三家公司能够设计、开发 和供应完整的飞机内饰。” 。“Diehl（德国 Laupheim）、 波音内饰责任中心（南卡罗来纳州北查尔斯顿和华盛顿 州埃弗雷特）和我们。我们生产和供应从货物到客舱的 所有所需部件。”FACC 现在拥有商用飞机客舱市场 20% 以上的份额。菲尔塞格将其归功于 FACC 的创新内饰方 法，这种方法可以追溯到第一台 MD-95。他列举了一个 例子，“成品机舱内的储物箱、侧壁和天花板必须精确 水平。”然而，他将飞机的铝制机身部分描述为“柔性 管”，复合材料内部使用无数可调节支架连接在其上。因此，内部单元对齐需要对数百个难以触及的螺纹拉杆 进行艰苦的调整。“我们开发了一种激光对准装置，它 定位了一种高效的新型附件，与机身筒体的不协调无关， 非常快速高效。”
FACC 还率先在几乎所有固定货架储物箱（顶置舱） 门上使用了现在的标准铰链。菲尔塞格回忆道：“过去， 这个铰链有一个空气或弹簧加载的致动器，可以延伸回 垃圾箱，但使角落无法使用。” 。FACC 更小、更可靠 的铰链将致动器整合到铰链线中，打开了这个空间。
2 号工厂的景观展示了一排排完工的箱子和许多制 造和组装区，每个区域都专门用于不同的飞机部件。堆 料箱均由扁平蜂窝芯板坯料和弯曲芯门制成，并预装了 连接点以容纳硬件。对于许多单元，形状奇特的复合管 道模块——大多数由轻质玻璃织物和酚醛树脂制成— —也是预制的，然后在组装过程中连接（见图 6）。添 加机械装置和装饰件后，成品箱被绑在专用容器中，并 运到迪尔，用于装配电气和其他系统。FACC 继续增加 其运输部件的单元化。一个例子是 A350 XWB 烟雾探测 面板的复合“即插即用”模块，该模块是与西门子过程 工业与驱动公司（法国 Buc Cedex）合作设计的，它减少 了零件质量，使其比传统面板更容易、更经济地安装。
尽管几十年来，堆料箱中使用的材料和工艺一直是标准的，斯蒂芬说，FACC 总是在寻找新的选择，但他承认，“碎芯很难被击败，因为它非常坚固……而且很 容易推出一个又一个质量一致的零件，而且不需要太多 的质量控制干预。它也很便宜。”当被问及热塑性复合 材料是否有前景时，斯蒂芬很谨慎，“问题是，为了获 得防火、防烟和毒性（FST-fire, smoke and toxicity）性能，你 不得不使用成本是目前酚醛树脂和蜂窝材料成本的 10 倍的材料。”。他说：“对于大型行李箱门，我们已经在以低至 30 分钟的循环时间冲压成型酚醛零件。” 。“例如，在侧壁上可以实现的重量节省也是有限的，因 为噪音传输是由质量决定的。” 2 号工厂还包括一个非常大的核心加工区，两台新 的数控铣床仅用于 Reichenbacher Hamuel（德国 Dörfles Esbach）提供的蜂窝，夹持系统由 Integcs（德国多特蒙 德）提供。菲尔塞格解释说，FACC 在内部研磨蜂窝更 经济，当我们经过大量的机加工芯时，他指出，“所有 这些都只适用于今天的生产。”
在第三工厂，制造了各种各样的襟翼、整流罩和飞 行控制面。这里还利用了自动铺带（ATL）和热褶皱形 成的效率。后者使用型芯和柔性成型垫向扁平 ATL 预 成型件施加热量和压力，以产生三维形状（见图 7）。一个例子是正在进行的 A321 襟翼生产，该生产使用由 Fill 定制的尖端自动化工作站。
在另一个 21000 ㎡的工厂4，FACC 生产各种发动 机和短舱部件。菲尔塞格强调了 FACC 的大型复合材料 平移尾罩，这是当今商用喷气发动机中使用的级联推力 反向器系统的关键部件。尾罩是在大型玻璃隔段的洁净室中手工铺层的（见图 8），激光投影系统（SL laser， Traunrut，德国）促进了复杂的铺层。
对于波音 787，FACC 与客户 UTC 航空航天系统公 司 （ UTAS ， Charlotte ， N.C. ， 前 身 为 Good rich Aerostructures）合作，开发、设计并鉴定了第一个使用 双度声学表面和波浪形（人字形）发动机喷嘴设计的套 筒，这两种设计都实现了显著的降噪效果。再次与 UTAS 合作，FACC 还为空客A350 XWB 开发了重量优化设计。这两个项目现在都在制作中。
4 号工厂还设有两台大型热压罐（见图 9），由德国 科氏机械有限公司(Maschinenbau Scholz GmbH&Co.KG， Coesfeld，Germany）建造。一个长 12m/40 英尺，直径 4.5m/13 英尺，另一个长 12m，直径 6m/20 英尺。每个 都能承受 250°C/482°F 的温度，并能容纳套筒整流罩和其他大型零件。
固化后，组装各种套筒组件，对每个套筒进行喷漆， 然后进行质量保证（QA）。4 号工厂还配备了一台 8×4×2m（26×13×7 英尺）的 5 轴数控铣床、多台激 光坐标测量机和超声波检测装置，以方便 QA。 现在，作为领先的一级航空结构供应商，FACC 的 知名度正在提高。作为“清洁天空”项目的一部分，该 公司与罗尔斯·罗伊斯公司共同开发的 RTM 复合环形 填料获得了 2014 年 JEC 创新奖。FACC 也在积极追求 技术，如果成功，将确保 FACC 在未来的聚光灯下占有 一席之地：它的研发团队希望将下一代喷气发动机风扇 叶片的重量比金属前辈减少 40%，这只是众多例子之一。
展望 FACC 的未来，斯蒂芬声称，考虑到航空复合 材料市场 5%的年增长率，该公司的财务目标——包括 到 2016 年的总收入 10 亿美元（7.99 亿欧元）——很容 易实现。尽管他承认“中国和俄罗斯是更长期的投资” ， 但 FACC 仍在积极寻求东部的增长，并将很快在 KAPO Kompozit 工厂（鞑靼斯坦喀山）获得 24%的份额。这座 33000㎡/355000-ft2的工厂不仅将为Superjet International （意大利威尼斯）的 SSJ-100 生产襟翼、升降舵、方向 舵和整流罩，还将为空客和波音飞机生产高压灭菌预浸 料组件。Stephan 说：“我们现在正在将喀山工厂确定为 新的 FACC 工厂。” 。“我们已经在阿布扎比的工厂完 成了这项工作，我们在那里与穆巴达拉合作，并正在中 国进行同样的工作。”
对一些人来说，向新市场扩张的风险是一个障碍。对于 FACC 来说，这是一个机会，因为其 OEM 认可的对工 程和项目管理的重视。斯蒂芬认为，“我们所有地点的 关键是……不仅可以控制生产流程，还可以保护客户的知识产权。”
尽管液体树脂灌注对航空航天来说是“新的”，但 自 2001 年以来，它一直是 FACC（Ried im Innkreis）研 发的重点。FACC 的航空结构产品开发总监赫尔曼·菲 尔塞格（Hermann Filsegger）说：“问题在于，在如此复杂 的情况下，在很大程度上实现 100%的润湿，没有空隙。” 这绝非易事。例如，FACC 为俄罗斯的伊尔库 MS-21 翼 盒开发的壁板，其根部厚度超过 1 英寸/25.4 毫米，顶部 有桁条。关于这样一个关键的组成部分，菲尔塞格指出， “回头去做‘紧急’修复干燥的地方是不可接受的。”
大部件输液遇到的困难促使FACC开发了其专利工 艺，称为膜辅助树脂输液（MARI- membrane-assisted resin infusion）。菲尔塞格辩称，它没有侵犯真空辅助工艺（VAP- Vacuum Assisted Process）专利，因为薄膜没有直接应用于零件表面。
“它仍在呼吸路径上，但更容易应用，并实现了一 个非常稳健的过程，在提供 100%浸渍的同时解决一致 性问题。”当被问及以这种方式生产主要受力结构的成 本时，菲尔塞格解释说，由于缺乏粘性，干纤维铺设比 手动铺设甚至自动预浸料铺设快得多。他指出：“这个 一体化的机翼壁板只有一个略微弯曲的表面。” 。“所 以铺设这些织物就像铺开地毯。无卷曲织物（NCF）基 本上是预制层压板的，将五层织物配置为一层。”（见 图 3） 上面一段蓝紫色文字有误，不是 用 NCF。俄罗斯 MC-21 机翼蒙皮、 梁，碳纤维用索尔维（Solvay）的 PRISM TX1100 干无捻纱带，它是 由帝人的 IMS65 24K 丝束 UD 纤 维组成，每侧被索尔维的 Cycom 7720 粘合剂薄膜层包围，这是一 种热塑性塑料，可提供提供层间 摩擦所需的粘性。基材树脂是索尔维（Solvay）的 PRISM PE2400 单组分环氧树脂。
该公司继续完善其专有的 MARI 工艺，着眼于主要 受力结构的生产。OOA 液体灌注成型在生产制造中能否与 ATL 预浸料竞争？菲尔塞格说是的，假设在无损 检测方面有一些必要的创新。“但我们仍然需要研究合 适的纤维材料，以提高渗透性，并在短固化时间内获得 更好的流动性树脂。”
他指出，整个系统必须共同开发——纤维、树脂、 工艺和检测——还有很多工作有待优化。尽管加工技术 发展良好，但这项工作也需要投入时间和毅力。他举例 说：“我们的热塑性共聚物被编织到织物中，占层压板 的 8%，没有任何增韧剂的聚集或过滤。” 。“我们做 了很多测试，尝试了四到五种树脂，然后尝试了 10 到 15 种不同的参数组合，以了解什么有效，以及如何最大 限度地减少变异性，意识到渗透性是输液不可靠的最大 原因。”
“只有一种树脂有效，”他补充道，并命名了氰特 （Cytec）977-20 增韧环氧树脂系统。
FACC（Ried im Innkreis，奥地利）一直是一家以工 程为基础的公司。其首席执行官瓦尔特·斯蒂芬（Walter Stephan）最初是滑雪制造商 Fischer GmbH（奥地利因克 莱斯 Ried im Innkreis）的研发主管。1981 年，当该公司 不得不解雇 100 名研发工程师中的一半时，斯蒂芬建议该公司应该为其他行业设计零件。同年，他的团队赢得 了使用碳纤维/环氧树脂预浸料开发空客 A310 横梁地 板支撑（地板支柱）的全球竞争。“我们在六个月内完 成了开发，”斯蒂芬回忆道，“这令人印象深刻，因为 该结构包括 75 个零件，由于载荷的变化，有 35 种不同 的配置，这取决于机身中的位置。”
1986 年，FACC 成为一个独立的部门，拥有 27 名员 工，年收入为 150 万美元（120 万欧元）。同年，该公 司赢得了 Rohr 股份有限公司（现康涅狄格州哈特福德 联合技术公司）的一份合同，为密苏里州圣路易斯的麦 道 MD-80 商用客机制造门框。第二年，FACC 1 号工厂 建成，该公司获得了麦道 MD-11 的复合材料襟翼铰链 整流罩和侧壁板合同（以前是铝制的）。
1989 年作为一家独立公司分拆时，FACC AG 已发 展到 102 名员工和 750 万美元（600 万欧元）的年收入， 并开始为空客（法国图卢兹）A320/A321 单通道系列生 产头顶行李箱和天花板。它的第一个完整客舱是 MD-95， 1996 年波音公司（伊利诺伊州芝加哥）收购麦道公司后， MD-95 更名为 B717。
FACC 的发动机和短舱结构业务始于 1994 年，为空 客 A340-200/300 系列的 CFM56-5C 发动机提供发动机喷嘴，并于 1996 年扩展到 CFM-56 5A 和 5B 的风扇罩。斯蒂芬回忆道：“这是一个碳纤维三明治结构，我们赢 了，因为之前的供应商无法达到生产目标。”
1999 年，2 号工厂在附近的 Ort im Innkreis 建成。该园区现在拥有 2 号和 3 号生产工厂（总面积 18300 ㎡ /194000 平方英尺），以及 FACC 的技术中心和邻近的 复合材料实验室和测试中心（5 号工厂），于 2012 年增 加，能够进行大型航空结构的适航认证测试。该设施集 中了研发，并容纳了来自 FACC 三个产品部门的 500 名 工程师。FACC 已经承诺投入 6760 万美元（5400 万欧 元）进行研发，作为其 2020 愿景战略中概述的广泛投资 的一部分。2007 年，在附近的 Reichersberg 增加了 21000 ㎡/2226000 平方英尺的 4 号工厂，现在是发动机整流罩 和短舱制造厂。
2009 年，西安飞机工业（集团）有限公司（XAC， 中国西安），中国航空工业集团公司（中航工业，中国 北京）的子公司，成为 FACC 的大股东。瓦尔特·斯蒂 芬继续担任首席执行官，FACC 在奥地利的业务也得到 了扩展。但 FACC 此后更加重视其全球定位。2011 年， 获得了中国商用飞机公司 C919 单通道喷气式客机的完 整内饰合同。同年，该公司宣布与总部位于莫斯科的联合飞机公司的子公司 Aerocomposit 成立合资企业，为 Superjet International（威尼斯-意大利）的 Superjet SSJ100、 Irkut（俄罗斯莫斯科）MS-21 和其他俄罗斯制造的飞机 开发和生产复合材料部件。
2012 年，FACC 在中国镇江（上海东北 250 公里/155 英里）启用了一个 1.6 万㎡（17.2 万平方英尺）的新生 产设施，以在未来 20 年预计需要 4300 多架飞机的地区 市场站稳脚跟。在这里，FACC 不仅提供本地生产，以 支持飞机原始设备制造商对飞机采购的抵消承诺，还提 供其所称的“强大的协同效应”，包括西飞在生产机翼 和尾翼（垂直尾翼）结构方面的经验。
原文见，《 FACC AG: Aerocomposites Powerhouse 》 2014.11.1
杨超凡 2024.7.1
