碳纤维与空中飞车

编者按：本文来自微信公众号“汽车商业评论”（autobizreview），作者 叶无极；36氪经授权转载。

总部位于加州瓦卡维尔的Icon Aircraft为改进产品做了很多尝试，而它为生产一种新型飞机所做的努力也给那些有意推出空中出租车的公司提供了警示。

在其A5飞机上，Icon造出了一种操作简单、能抵抗危险旋转，飞行员和乘客都可以在一个开放、通风的驾驶舱中乘坐的状态。

然而，这家小公司的生产受到了限制。从2014年开始，它只生产了约65架亮白色双座飞机，每架飞机的售价近40万美元。

13.9万美元，这是Icon最初承诺的飞机定价，但由于在产品上大量使用了碳纤维材料，其产量难以提高。

碳纤维虽然可以减轻产品重量并增加强度，但同时增加了制造过程的复杂性和成本。

像Icon这种打造飞行器的公司里，大多使用多个转子和提供升力的机翼，机身造型也很新颖，有望在十年内成为人们通勤和城市间快速移动的新方式。

但是，如果连熟悉制造传统的带翼飞机的公司都无法找到立足之地，那么，对大约130家正在开发新式飞行器和空中服务的企业来说，又有什么机会呢？

在一个充斥着认证、经费和物流等障碍的道路上，生产问题很容易被忽视。

但在造飞车的公司中，大多数都计划以空中出租车的形式运营，从这点来看，飞车车队的大规模生产显然成了至关重要的一项。

如果没有数以千计的eVTOL（电动垂直升降）飞行器在服务启动后做好运送乘客的准备，那么，“打飞车”的时代估计很难到来。

保时捷咨询公司2018年的一项研究预测，到2035年，价值320亿美元的乘用车市场将带来23000架eVTOL飞行器的需求。

如今，地球上没有一家公司每年生产的飞机数量超过700架，部分原因来自于产品的复杂性和相对较小的市场规模。

考虑到空中出租车的人群依赖于汽车般的车队规模和碳纤维结构，这些公司可能要从零开始了。

“大规模生产的飞机基本上不存在，因为没有足够大的市场空间，另外，实现这一目标需要达到的投资水平也十分巨大。”乔治亚理工学院研究新兴航空市场的航空工程师布莱恩·德曼（Brian German）解释道。

综合的挑战

碳纤维因其重量轻、强度高而令人称道，但制造起来却很困难。

这一耗时耗力的过程包括在模具中铺上树脂浸透的碳纤维薄片、在烤箱中烘烤数小时后对其进行修整，以及将部件粘合在一起。

从一开始，Icon就让事情变得更加艰难。

它的A5飞机有370个独立的碳纤维部件，总面积达1万平方英尺（约929平方米）。所有碳纤维材料都必须手工堆叠，然后手工粘合成70个组件。

而提高可制造性的每一个改变都意味着需要重新设计其他部件，这可能会影响到产品的重量、成本或性能。

“我们有太多东西不是为碳纤维的可制造性而设计的，”2015年加入Icon的公司总裁托马斯·维纳斯（Thomas Wieners）说，“产品完全是根据飞行特性和美学设计的，但事实证明建造起来极其复杂。”

一些eVTOL公司似乎暗示了“生产地狱”的潜在痛苦，贝尔（Bell）就是其中之一。

该公司在CES上发布了空中出租概念车Nexus。在这个新项目中，公司的设计团队与负责原型制作和产品制造的人员一起工作。

贝尔创新副总裁斯科特·德雷南（Scott Drennan）透露：“没有任何一个设计评估是在没有制造环节人员在场的情况下进行的。”

花了80年时间制造直升机和小型飞机，贝尔深知制造的痛苦，碳复合材料也是其中一项。

“他们会看着一件东西说，‘它太贵了，没法制造，所以请换成另一种工艺或另一种设计。’制造成本基准的建立不可低估。”德雷南说道。

对于刚刚进入这个领域的新企业会采用何种生产方式则尚未清晰，毕竟，大多数宣布空中出租车项目的公司并没有公开讨论过制造策略。

但Beta科技公司似乎给出了一种答案。

2019年1月，Beta展示了其原型机，可能是迄今为止飞行速度最快、最大的垂直起降飞机。

Beta的目标是2024年开始生产商用飞机，已经与北卡罗来纳州的碳纤维制造商Blue Force展开合作。

该公司CEO凯尔·克拉克（Kyle Clark）认为，这种合作关系应该能确保Beta的最终产品是实用的，在经济上是可行的，而且它将充分利用碳纤维的优势。

“你会发现，在这个行业有一些资金充足的eVTOL公司，他们会尝试做设计、分析、生产等从头到尾的所有环节，然后把具体的零件规格交给制造商就行了。这注定要失败，因为可制造性并不是飞机类产品的重点。”

克拉克继续解释说：“在设计上，如果不能理解‘可能性艺术’，那么我们就错过了让整个设计尽可能简单优雅的机会。”

Blue Force CEO斯科特·布莱德索（Scott Bledsoe）表示，在eVTOL的竞争中，这正是小型初创公司相对于传统飞机制造商的优势所在。

“想让负责空气动力学、推进器、造型、结构、制造等环节的人员拥有把控设计的同等话语权？”曾在Icon工作并亲眼目睹了新挑战出现的布莱德索说，“大公司说要整合产品和设计团队，但往往无法做到。”

布莱德索表示，他还能在Beta的设计中控制住铺张浪费。

他指出，Icon早期的一个问题是，它坚持要有一种类似跑车的内饰，可事实证明，用碳纤维制造这种内饰既昂贵又耗时。

此外，Blue Force正在不断开发或试验新的复合材料制造技术，包括热塑性复合材料，这是一种树脂在加热时会软化的碳纤维。

通过这种方式，使得零件在加热时成形，冷却后变硬。而传统的碳纤维制造需要先成型，然后烘烤定型，相比之下，后者是一个更耗时、更劳动密集型的过程。

解决方案

如果说Icon给我们提供了一个警示故事，另一家新的飞机制造商可能会成为eVTOL的灵感来源。

总部位于阿肯色州本顿维尔的Game Composites公司由沃尔玛的继承人斯图尔特·沃尔顿（Steuart Walton）创建，正在开发一种由复合材料制造的飞机，作为简化碳纤维生产的一种手段。该公司总裁菲利普·斯坦巴赫（Philipp Steinbach）的战略一直是谨慎行事，一次只应对一项挑战，专注于制造零部件的质量和一致性。

到目前为止，包括原材料、设备和工资在内，Game Composites在原型机制造过程的花费只用了大约300万美元。

它关注的一个因素是对可修复性的需求，指出了要在现场修复破损而不需要更换整个部件的挑战。

“我们已经证明不用拆下零件就可以进行修理，并在第二天就能再次飞行。”斯坦巴赫说道。

该公司的产品叫做GameBird，在其制造过程中使用了一种被称为湿法叠涂碳纤维的材料，这种材料要求工人在铺层过程中手工将树脂添加到薄片上。

这是eVTOL公司将不得不去关注的材料细节。虽然此方法比更受欢迎的“预浸材料”（树脂注入碳纤维片）更耗费时间，但斯坦巴赫说，它可以更容易地修复。

在Icon，维纳斯专注于将汽车级别的生产策略引入飞机制造厂，引进激光等技术来指导工人进行材料修整，以提高这一过程的效率，并培训员工进行多种操作。

“因为制造成本很高，我们肯定不会再像第一次那样做了。”他对空中出租车初创企业的建议听起来令人厌烦，但言之有理。

“我会告诉别人，先从蛋糕中分得更小的一块，让他们意识到需要多少钱。不管PPT上展示的产品多么令人惊叹，投资者想要的可是实物。这需要公司具备生产、加工、高科技能力和训练有素的人才。”

维纳斯说，潜在的客户仍然对A5感到兴奋，公司员工也被最近的变化所激励。

不管如何，Icon或许已经熬过了痛苦的头个十年，并开始计划为该行业提供碳纤维组件了。