ASPIRE翼尖演示器的CAD渲染图，已移除上蒙皮，露出展向梁、弦向肋、空气动力学蒙皮面板以及折叠铰链线处的多舱根部连接件。
在英国布里斯托尔的GKN航空航天全球技术中心内，某处有复合材料技术人员手工将碳纤维预浸料卷成所谓的“面条- noodles”状零件。这些是近一米长的独立零件，被加工成细长的三角形截面，用作三角填充件，以填补复合材料翼梁或肋与它所加固的蒙皮相接的三向圆弧关节部位。尽管这项工艺精度极高，但其本质上与三十年前并无显著差异。
“制造这些‘面条’及其他复合材料航空零件的手工环节，在生产中所承载的重要性远超表面可见之处。”GKN航空航天首席复合材料研究员、ASPIRE项目技术负责人托尼·劳埃德(Tony Lloyd)表示，“下一代单通道飞机（NGSA-next-generation single-aisle）每架飞机将需要1000至2000米的此类‘面条-noodle’。若空客实现其每月生产60至100架单通道飞机的目标产能，则手工卷制将成为一个真正的瓶颈—作为单一的过时工艺，它阻碍了本应不断进步的整个制造系统。
换言之，‘面条’是一种迹象。其根本问题在于复合材料航空工业对特定生产时代制造方法的持续依赖—即纤维铺层固守经典的0°/±45°/90°准各向同性规范，固化过程需依赖热压罐，而自动化沉积难以触及的复杂几何形状则仍需手动成型。这些默认做法催生了卓越的结构。然而，在新一代窄体飞机的生产速率、结构重量及隐含碳排放方面，它们也已达到实际可提供的极限。
ASPIRE联盟合作伙伴包括GKN航空航天、iCOMAT、Carbon ThreeSixty、Lineat、Pentaxia、巴斯大学以及项目管理方Axillium，这些机构分布于英国南部和中部地区
ASPIRE-Advanced Structural with Product Integrated AiRframe（先进集成气动框架结构）项目旨在解决这一问题。该项目于2025年5月启动，持续至2028年4月，总预算1200万英镑，由GKN航空航天牵头，部分资金由英国航空航天技术研究所（ATI，贝德福德郡）、创新英国（斯温顿）及商业贸易部（伦敦）提供。其五家专业合作伙伴—iCOMAT（英国布里斯托尔）、Carbon ThreeSixty（英国奇彭纳姆）、Lineat Composites（英国切普斯托）、Pentaxia（英国德比）及巴斯大学（英国巴斯）—各自针对当前复合材料制造范式中的特定失效模式进行攻关。ASPIRE项目的独特之处在于，五项技术将同时应用于同一结构几何体，并在相同条件下进行测试，以便直接测量累积效应而非估算。
三种变体，一次试验活动
ASPIRE的结构核心是一组三个全尺寸复合材料翼尖变体，均基于空客（法国图卢兹）计划应用于其下一代单通道飞机的折叠翼尖几何结构。该设计通过延长约10米的有效展弦比，并使翼尖可折叠以适应机场登机门，从而提升整体性能。空客提供了基准载荷工况和几何指导，而GKN航空航天则拥有ASPIRE项目的结构设计权。所有三个变体均将在GKN位于怀特岛的试验设施上进行极限载荷测试，该标准代表1.5倍最大服役载荷的航空航天认证门槛，预计结果将于2027年底至2028年初公布。
纸上的数字无法推动航空航天产业的发展，试验数据才能。
变体1采用更传统的航空航天制造与设计方法，但针对胶接工艺优化了结构架构。胶接工艺借鉴了由GKN牵头的英国平行项目MaBOND的成果，该项目正推进主结构的自动化胶接技术。胶接结构可减少紧固件数量和零件复杂度，若在主结构语境下通过极限载荷测试，将显著推动胶接接头在单通道飞机中的法规认可度。
变体2代表当前技术水平。它是一种准各向同性共注入树脂传递模塑（RTM）结构，采用自动化预制件沉积、数字孪生集成及GKN航空航天的SmaRTM工艺制造。据认为，该变体是利用前一ASCEND项目开发的自动化RTM生产线所能实现的当前最佳方案。此阶段集成了Pentaxia的JouleTool自加热模具，为翼尖蒙皮的自动化3D预制提供低能耗自加热工具。
变体3则突破了现有规则。通过iCOMAT的快速纤维剪切（RTS- rapid tow shearing）技术实现的非标准纤维角度，取代了蒙皮和翼梁中的准各向同性默认设计。低能耗干纤维成型为GKN的SmaRTM工艺提供原料。由回收碳纤维（rCF-recycled carbon fiber）制成的Carbon ThreeSixty缝合三角形预制件，通过Lineat的对齐纤维成型技术（AFFT-aligned through Lineat’s aligned fiber forming technology）对齐，取代了手工铺放的填充物。巴斯大学的概率分析工具将为这些技术接近量产飞机前提供必要的结构设计信心。
除三个翼尖外，ASPIRE还开发了一种优化的可动翼，形式为概念襟翼演示器。该襟翼采用RTS优化蒙皮、定制纤维放置（TFP- tailored fiber placed）支架及低能耗非热压罐固化模具，推进快速固化热固性预浸料制造结构。项目关键里程碑是实现快速固化热固性压固化复合材料翼肋的技术就绪水平（TRL）6。这直接建立在GKN航空航天在德国慕尼黑工厂生产A350襟翼的经验基础上。
缝织“面条-noodle”
Carbon ThreenoodleSixty凭借6年以上的干纤维TFP预制件制造经验，应对三角形预制件挑战。TFP本质上是在基底层上进行计算机控制的纤维刺绣，机器沿用户定义路径铺设纤维束，并通过缝合将其固定在基材上，无需传统铺层方法的切割废料即可构建近净成形预制件。该工艺已在多种结构预制件几何形状上得到验证。对于ASPIRE项目，三角形预制件引入了一个特定新约束：三个刀刃顶点汇聚于近零半径处，每个顶点均需在灌注循环中完全填充并保持尺寸精度。
Carbon ThreeSixty制造的TFP成型三角形面条展示了复合材料翼梁腹板与其翼型之间的三向半径接头处的三角形横截面和填充缝合图案（顶部）。CAD渲染的ASPIRE翼尖演示器中常见的蒙皮加强筋结构（底部）展示了蓝色的三角形面条，该结构为T型加强筋与蒙皮之间的接头提供了稳定且精确的三角形填充物。
ThreeSixty’公司的技术负责人萨尔塔克·马哈帕特(Sarthak Mahapatra)拉指出：“在以往的应用中，我们尝试了各种不同的形状，但并未追求那种刀刃般的精细边缘。”“ASPIRE项目的不同之处在于，在整个注塑过程中保持尺寸一致性的格式下，实现了三角形角落的稳定、精确填充。”该公司已就由此产生的制造方法申请专利，并认为这是航空航天供应链中更广泛TFP面条应用的基础性技术。
这些面条所用的纤维来自布里斯托大学衍生企业Lineat。Lineat生产AFFT胶带，其原料为短纤维材料，通过专有的流体动力学工艺使rCF沿共同轴重新排列。要理解这一过程的难度，可参考造纸的类比：造纸厂将纤维分散成随机的各向同性浆料，以生产均匀的纸张。而Lineat的工艺则相反，它驱动长度在4至10毫米之间、直径仅7微米的碳纤维悬浮液中的对齐，从而从不连续的原料中生产出类似单向（UD）的胶带。
Lineat的商业总监加里·欧文(Gary Owen)表示：“纤维的对齐与未对齐之间的差异会影响该材料的整体规格和性能。”“理解7微米尺度下的流体动力学，了解液滴撞击平板的形状如何影响流动，了解每个变量的相互作用以及验证材料的对齐程度—这才是真正的复杂之处。”
由此得到的AFFT对齐纤维胶带通过丙烯酸粘合剂进行稳定处理，与标准热固性和热塑性基体系统兼容。Lineat的试验生产线每天可生产1000米,宽100毫米的胶带，当胶带重新调整为面条喂料宽度时，其产能将显著提升。
Lineat的AFFT胶带通过将回收的短碳纤维重新排列成共同的轴向取向而生产，其刚度约为原始单向（UD）碳纤维的80%。
关键的是，AFFT胶带保留了约80%的原始单向碳纤维的刚度，对于“面条”应用而言，这一数值是规格要求。面条不应在结构元件之间传递主要载荷；其功能是填充空隙并在半径接头处提供局部压缩刚度。贯穿整个面条长度的连续纤维会不可预测地拦截接头处的结构载荷，从而复杂化围绕它的翼梁几何形状设计。Lineat的短切对齐纤维架构通过设计防止了这种载荷路径，同时仍能提供抵抗浸渍压力下空隙坍塌所需的刚度。
同一种AFFT胶带在ASPIRE项目中可能承担第二项功能。Pentaxia目前正在研究Lineat的回收不连续纤维是否可作为其自加热JouleTool模具中的加热元件。碳纤维具有导电性，使其成为焦耳加热的理想候选材料，但标准单向碳纤维的电阻较低，在模具尺度上需要高电流才能产生足够热量。Lineat对齐不连续胶带中固有的短切纤维会在整个路径中引入电阻不连续性，从而增加总电阻并降低电流需求。这是一种两种合作伙伴技术之间未计划的合成，有望显著简化公司JouleTool的电气架构。
引导设计方向
ICOMAT的快速丝束剪切技术（RTS- rapid tow shearing）,通过剪切纱线宽度而非弯曲纱线路径，将纤维束放置在非标准角度。这消除了传统自动纤维铺放（AFP）在主沉积轴约±30°以上引入的间隙和重叠，并在AFP无法实现的角度上提供连续、无缺陷的纤维架构。其结果是大幅扩展的设计空间，设计师不再局限于三种标准角度族，而是可以在层压板表面的任何点指定任何平面纤维方向。
对于ASPIRE机翼尖蒙皮和翼梁，这创造了两个同时机会。从结构角度看，纤维可以连续绕过检查面板切口和几何不连续性，保持不间断的载荷路径，而准各向同性层压板则依赖局部增强覆盖层。在制造性方面，预先优化的纤维转向可以抵消平板层压板在成型过程中被拉过复杂模具表面时产生的褶皱模式，在不增加后固化返工的情况下减少缺陷产生。对于襟翼，iCOMAT团队正在解决更具挑战性的几何形状，GKN航空航天工程师自行识别出一种具有波纹拓扑结构和频繁小半径折叠的网状内部结构，这是传统AFP无法解决的成型难题。RTS技术正被用于定义使该结构能够从平板预制件中干净成型的纤维路径。
“使用经典工程规则设计变角度层压板没有简单的方法，”iCOMAT复合材料工程总监奥利维亚·斯托迪克（Olivia Stodieck）解释道。“你需要能够处理复杂性的优化算法，然后你需要以一种你的制造合作伙伴可以直接集成到其工具中的形式传达设计意图。”一个专门的ASPIRE工作包正在构建这种集成层，将iCOMAT的RTS设计和仿真环境与GKN航空航天的结构分析工具连接起来，使纤维角度优化和结构验证在共享数字空间中同时进行，而非通过接口依次进行。
一名工程师在该公司格洛斯特工厂操作iCOMAT快速丝束剪切（RTS- rapid tow shearing）沉积头，该沉积头安装在六轴ABB机器人上。
巴斯大学提供了分析基础，以增强对非标准角度复合材料设计的信心。理查德·巴特勒（Richard Butler）教授和大卫·威廉姆斯（David Williams）教授牵头巴斯大学的贡献，依托与GKN航空航天公司长达15年的结构研究合作伙伴关系，该合作已涉及20多个博士学位、一项EPSRC项目资助（CERTEST）用于复合材料认证，以及当前的一项EPSRC繁荣伙伴关系（ZENITH）。巴斯大学正在开发分析和数值方法，以利用非标准纤维角度复合材料层压板所提供的设计自由度。这些方法将在成形性、损伤容限、气动弹性及性能等方面为翼尖变体3的设计过程提供输入。目标是更深入地理解如何最有效地使用这些非标准角度层压板，在保持性能和可制造性的同时减轻重量。同时，还需要为这些层压板提供更多基于分析的认证途径。
“由于你释放了设计空间，不可能测试所有排列组合，”巴特勒表示。“挑战在于建立对分析方法的信心，使其成为认证工具，并被监管机构接受为无需进行可能永远无法完成的测试活动即可批准的有效依据。”
巴斯大学已与美国联邦航空管理局（FAA）和欧洲联盟航空安全局（EASA）就非标准角度复合材料的分析驱动型认证路径展开初步讨论。ASPIRE变体3的结构测试结果将是这些对话可参考的首批主结构验证数据。
