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2050年的飞机
空中客车公司的彼得·桑德和巴斯蒂安·谢弗设计的仿生隔板。
图片由空客提供
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空中客车概念飞机。
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空中客车概念飞机上的每一位乘客都可以享受定制的飞行体验，无论他们是想独自一人……
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或与他人互动。
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飞机的配件和陈设将采用防脏涂层和自愈罩。
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飞机上的全景。
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巴斯蒂安·谢弗(Bastian Schaefer)是位于德国汉堡的飞机制造商空中客车(Airbus)的创新经理。他的任务是:找到让喷气式飞机更高效、更舒适的新方法。
对于一些乘客来说，“舒适”意味着可以自由地使用科技来工作、娱乐和协作。对另一些人来说，这意味着更方便、更隐私，或者只是更大的空间。他表示:“我们面临的挑战是以灵活、动态的方式解决所有这些问题。”
作为空客概念飞机开发团队的一员——这是一种对2050年喷气式客机的愿景——谢弗的见解正在塑造未来乘客的出行方式。例如，公司将根据他们想要的活动为他们提供定制化的飞行体验。航班也将更加环保。未来的飞机将被设计得更轻，使用更少的燃料，并留下更小的碳足迹。“光是好的，但我们不能失去力量或安全，”谢弗说。
这种复杂的视觉依赖于一项受自然启发的尖端技术:生成设计。
从
宏伟蓝图
到实用产品
Schaefer是德国空中客车新兴技术和概念集团的一员，该集团由Peter Sander领导。桑德的小型工程师团队——他称他们为“疯狂的家伙”，因为他们有突破边界的想法——致力于将工业流程带入未来的项目。
在介绍了概念飞机之后，团队成员开始探索将使用他们提出的新技术的组件。他们选择了这架空客A320客舱中一个不起眼但很关键的部件:分隔客舱和厨房的隔板。
这个新的分区必须:
- 要比目前的隔断明显轻，以满足减轻平面重量的目标，
- 要足够坚固，在起飞和降落时为空乘人员固定两个跳跃座椅，
- 有一个缺口，可以让宽的物品进出机舱，
- 不要超过一英寸厚，而且
- 与飞机机身相连的地方只有四个。
要满足这些设计限制，就必须从传统的工程方法中做出重大改变。Schaefer开始与Autodesk Research合作，使用生成设计来开发团队所谓的“仿生隔断”。
什么是生成式设计?
生成式设计是一种模仿自然进化方法的设计技术。它从您的设计目标开始，然后探索解决方案的所有可能排列，以找到最佳选择。使用云计算，生成式设计软件可以快速循环数千甚至数百万个设计选择，测试配置，并从每次迭代中学习哪些可行，哪些不可行。这个过程可以让设计师产生全新的选择，超出人类所能创造的，从而达到最有效的设计。
空中客车公司的仿生隔板需要满足严格的重量、应力和位移参数，以应对16克的碰撞。为了找到满足这些设计要求并优化结构骨架的最佳方法，该团队使用基于自然界中发现的两种生长模式(黏菌和哺乳动物骨骼)的算法编程生成设计软件。
最终的设计是一个网格结构，看起来是随机的，但优化为坚固和轻便，并使用最少的材料来建造。
黏菌
划分框架的算法基于黏菌的生长模式，黏菌是一种单细胞生物，能以不可思议的效率连接多个点。
哺乳动物的骨骼
划分框架内结构的算法基于哺乳动物骨骼生长的网格结构，在受力点密集，但其他地方较轻。
轻45%比传统的空中客车隔断设计
仿生隔断成型
该团队将生成式设计过程中创建的数千个选项与重量、应力和强度参数进行了数字映射，以决定哪个原型。为了制作隔板，该团队使用了3D打印技术——也称为增材制造技术——在数字模型的基础上，通过逐层沉积材料来创建物理对象。
由空中客车公司开发的高强度金属合金制成的100多个独立部件被3d打印出来，然后组装起来。由此产生的仿生隔板是世界上最大的3d打印机舱部件，它不仅满足了空中客车团队的要求:比它将要取代的隔板更坚固、更薄、更轻。
隔板的最终压力测试将于2016年夏季进行，随后是航空当局的认证测试。一旦测试完成，这种隔板将于2018年出现在a320系列商用飞机上。
“我们已经在飞机上引入了小型3d打印物品，比如固定客舱的支架。我们的目标是在今天的小型打印部件和空中客车概念飞机的大愿景之间定义一种路线图。仿生隔断是一个探路者项目，旨在促进3D打印在我们制造过程中的发展。”
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让航空旅行更环保
每块隔板可节省3,180公斤燃料，
每年
这种仿生隔板可能只是飞机上相对较小的一部分，但安装这种较轻的组件可以帮助航空公司开始对环境产生积极影响。体重每减少1公斤(2.2磅)，航空燃料的使用每年就会减少106公斤(233.2磅)，有助于减少航空旅行的碳足迹。每个分区比标准分区轻约30公斤(66磅)。
一架空客a320安装了仿生隔板，每架飞机每年减少166公吨二氧化碳排放
如果在空客a320的整个机舱内安装仿生隔板(每架飞机4个)，最多可以减轻500公斤(1102磅)的重量。由此产生的燃料使用减少将使每架飞机每年减少多达166公吨的二氧化碳排放。再乘以数千架新订购的a320飞机，航空公司每年有可能减少数十万公吨的二氧化碳排放。
减少95%的原材料
此外，3D打印将有助于减少该公司对环境的影响。与传统的将金属块磨成零件的工艺相比，这种工艺只使用了5%的原材料。有了3D打印，剩下的任何原材料都可以重复使用来制造另一个零件。
“我们致力于到2050年将我们产品的温室气体排放量减少50%，这要求我们开发新技术，使飞机更轻。beplay官网客服电话我们之所以能够将仿生隔板等组件的重量降低45%，仅仅是因为我们将生成设计和3D打印结合在了一起。”
从仿生隔断到仿生客机
空中客车公司在设计仿生隔板时吸取的教训为改变整个飞机的构思和制造方式铺平了道路。下一代空客飞机的部件基于生成式设计，采用3D打印技术和创新材料制造，这将使我们更接近2050年仿生客机的愿景。空中客车公司计划在飞机内部更大的结构上改进其方法:例如，驾驶舱的墙壁是隔断的两倍大，需要防弹以保护飞行员，或者容纳厨房的结构，用于提供食品和饮料服务。
但空客在应用生成设计和3D打印方面的成功也凸显了新的挑战。增材制造行业需要制造更大、更快的3D打印机，用一台打印机就能生产大型部件。培训工程师理解这些新的设计和生产方法将是至关重要的。空客最近才开始对其1万名工程师进行再培训，该公司还在德国大学赞助了5个教授职位。
“我是一名拥有30多年经验的机械工程师，”彼得·桑德说。“我在这里看到了我所见过的最大变化。我们每个人都必须了解一种新的工作方式。”
了解一些空客用于创建仿生隔断的产品和服务beplay官网客服电话
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