CW采访了首席执行官阿列克谢·马图舍夫（Aleksey Matyushev），内容涉及复合材料、认证以及航空公司对增加窄体飞机生产和脱碳的需求。
Natilus混合翼身飞机渲染图
Natilus（美国加利福尼亚州圣地亚哥）由阿列克谢·马图舍夫（Aleksey Matyushev）和Anatoly Star于2016年共同创立，旨在开发翼身混合（BWB-blended wing body）飞机，以满足航空公司对更高效的货运和客运平台日益增长的需求。科纳（Kona）是一个翼展26米、重9吨的平台，将根据通用航空指南进行认证，目标是在2026年进行首次飞行，并在2028年投入使用(EIS-entry into service)。它已经积累了460份预购订单。
现在，Natilus（发音为NAW tuh-luhs）宣布推出地平线（Horizon），这是一款面向窄体市场的200座客机，将于2030年代初推出投入使用。与目前市场上的传统“筒-翼”相比，这两种机型都具有显著优势。
背景与愿景
马图舍夫拥有安柏瑞德航空大学的航空航天工程学位，在航空/空气动力学方面拥有20多年的经验，包括担任奎托斯防务公司无人驾驶飞机系统的空气动力学主管。他指出：“我的联合创始人阿纳托利（Anatoly）更倾向于快速原型制作。”。“早期，我们都在Piper Aircraft工作，这是一家纯粹的钣金制造公司。”后来，这种经验将在Natilus发挥作用。“但在Piper之后，我被招募从事国防项目的快速原型设计工作，复合材料是关键，因为你可以快速制造大块零件。
“军事项目结束后，我厌倦了睡在桌子下，所以我离开了，和阿纳托利（Anatoly）一起开了一家工业设计工作室，”他继续说道。“我们最初专注于消费电子产品，并迅速通过了三个不同的客户计划，成功按时交付。我们做了从充电器到放大器的所有事情，后来又进入了玻璃器皿和纺织品等消费品领域。该公司已经发展成一家非常成功的企业，但我们的大部分制造业务都在亚洲。我们一直在努力如何以可靠、快速且负担得起的方式将商品带到美国的消费品零售货架上。”
他解释说，根本问题在于货机的传统“筒-翼”设计。他们在体重达到最大值之前就已经装满了。马图舍夫说：“该行业一直在寻找一种更高效的设计。”。“我们的想法是深入了解我们的航空和航天背景，解决这个问题。这就是Natilus的起源—基于BWB开发一种以体积为中心的航空货运设计。我们的目标是在这个航空货运平台上使BWB基本正常化—即解决所有技术挑战，并在设计和制造方面奠定基础—然后最终进入客运领域。但我们并不着急，所以我们不知道何时会跳到第二架飞机上。”
为什么现在开发地平线（Horizon）？
“各大航空公司已与我们接洽，希望将我们的BWB货机改装成客机。”
当然，Natilus现在宣布推出地平线（Horizon）飞机。“所以，我们将有两种产品，” 马图舍夫说。“第一架是科纳（Kona）支线货机，我们在圣地亚哥的工厂生产。这是一架80%复合材料和20%金属的飞机，距离首次飞行约24个月。然后地平线（Horizon）是下一步，这是我们首次进入客运市场。这将是一架100%碳纤维复合材料（CFRP）飞机。
他继续说道：“由于波音和空客面临的挑战，我们度过了非常有趣的一年。”。“许多航空公司已经开始质疑这种双寡头垄断是否真的是市场的最佳选择。几家主要航空公司已经与我们接洽，他们基本上都在问我们是否可以将我们的BWB货机改装成客机。我们突然意识到，这是向前迈进的正确时机。
马图舍夫指出：“未来20年，大约有4万架飞机的需求被压抑，窄体飞机将占其中的70-80%。即使有波音和空客的生产目标，仍有1.5万架飞机未被提及。”请注意，这是基于空客和波音将在未来20年分别建造1.5万架和1万架窄体飞机的预测。然而，目前，这两架飞机都没有达到自己的预测和承诺，而两架飞机都至少提前了1-2年的计划产能。
马图舍夫说：“他们的客户似乎已经为不同的东西做好了准备，这也是由航空公司自己的ESG（环境、社会、治理）目标推动的。我们有一种可以实现这些目标的技术。因为所有这些因素都在一起，我认为市场现在已经准备好为窄体细分市场提供第三架飞机主制造商，我们的投资者也支持我们在地平线（Horizon）客机上取得进展。”
科纳（Kona）和 地平线（Horizon）制造
虽然科纳（Kona）是80%碳纤维增强塑料/20%金属，但地平线（Horizon）将是一个全碳纤维增强材料机身。“每种材料都有一定的制造技术，” 马图舍夫说。“当我们开始使用科纳（Kona）时，我们利用了我们在Piper的经验，在内部用金属板建造了双尾翼，而无需等待工具。我们对控制面也做了同样的事情，控制面也是非常简单的铝制零件，你可以不用太多工具。所以，这给了我们快速开始的优势。但当我们着眼于机翼和机身时，我们投资了工具，并将其制成CFRP结构。”
地平线（Horizon）将是一架更大的飞机——翼展为36米对26米，最大有效载荷为28公吨对3.8公吨。“如果你看看第一架机身、机翼和尾翼都是复合材料的商用飞机，比如空客A350，它们的空重与最大总重之比远低于市场上任何其他飞机。与全金属飞机相比，它减少了大约10%。因此，使用碳纤维布机身是有好处的，这已经得到了验证。”
但也将面临重大挑战。“我认为最大的挑战是零件的尺寸，”马图舍夫说。“例如，铝制737机身，因为它是一种筒体和机翼设计，适合从堪萨斯州的威奇托到西雅图的火车。然而，BWB的子结构不是传统的。因此，我们正在研究如何将机身分解成子模块，以及由于桥梁高度或火车车厢长度等大型结构的运输限制，我们需要垂直整合多少。”
他解释说，Natilus也在考虑如何发展必要的供应链。“在这个初始阶段，我们仍然依赖几个关键供应商，但似乎有迹象表明，碳纤维增强复合材料的内部生产将非常重要。这不仅是运输方面的问题，也是热压罐的问题。将复合材料筒状机身段放入管状热压罐是有意义的，但当你有这些三维不同的长方形时，使用热压罐将是一个挑战。然而，这就是当今大多数供应链所使用的。因此，在我们推进这架扩大规模的飞机时，将内部制造和寻找不同的结构建造方式是核心领域。”
他承认，这种规模是一个巨大的挑战。“例如，我们开始考虑设施和劳动力。我们需要一个300万平方英尺的设施和1万名受过碳纤维增强复合材料生产培训的员工。我认为这些是更难的问题。有些设施即将上线，这非常有趣，但问题是，它们是否适合我们正在考虑的制造工艺的BWB。”
客户和飞行员对商用BWB的看法
但是科纳（Kona）为Ameriflight带来了什么？“我们有像塞斯纳SkyCourier这样的竞争对手，这是一种尺寸和重量完全相同的涡轮螺旋桨飞机，”马图舍夫解释道。“但是，由于科纳（Kona）的体积要大得多，它可以在同一次旅行中运输几乎两倍的装入货物。因此，当你考虑到体积增加2倍，同时BWB空气动力学和升力的阻力减少30%时，对于相同的有效载荷类别，你的成本几乎降低了3倍。
“对于地平线（Horizon）来说，我们只是将这些优势扩展到200座窄体飞机市场，”他继续说道。“同样，利用我们在空气动力学方面的经验，我们可以使用修改后的BWB设计来实现比当今商用航空中使用的飞机轻25%、容量大40%、碳排放量少50%的飞机。”
即使有这样的优势，现实情况是BWB是一种完全不同类型的机身，更类似于B2轰炸机，而不是目前飞行的窄体轰炸机。马图舍夫指出：“B2轰炸机等之前的BWB飞机的飞行方式与我们的飞机的飞行方法存在根本区别。”。“B2具有非常复杂的飞行控制系统，因为飞机本身就不稳定。它有四重冗余系统，基本上采用空气动力学，并以飞行员感觉像普通飞机的方式呈现。”
“相比之下，我们的飞机在设计上具有航空稳定性，飞行方式与传统客机相同。它们看起来不同，但飞行方式相同。我们的许多航空公司客户都带着他们的首席飞行员来驾驶我们的模拟器。他们评论说，如果我没有向他们展示他们正在驾驶BWB，他们会认为他们只是在通用航空规模上驾驶737或A320，因为这些模拟器是为科纳（Kona）设计的。”
为什么自动驾驶飞机需要模拟器？马图舍夫指出：“虽然我们打算让科纳（Kona）具备自主驾驶能力，但第一架飞机将有一个驾驶舱，可以选择驾驶。因此，我们需要确保飞行员能够安全地操作飞机，在我们推进设计和认证的过程中，模拟是一个重要而必要的步骤。”
他补充道：“我认为这是我们作为一家公司的成就之一—我们已经能够创造飞行员和美国联邦航空局想要的飞行操纵，但采用了一种不同的形式，可以在没有复杂的电传操纵系统的情况下实现所需的性能。”。
认证依据和时间表
科纳（Kona）的全尺寸原型已经建成，将于2025年开始飞行测试，2026年开始首次认证飞行，2028年开始商业服务。这是目前“筒-翼”飞机的正常时间表，但科纳（Kona）是一种BWB机身，尚未被认证为商用飞机。
“是的，但我们没有对任何材料进行资格认证，” 马图舍夫说。“这是我们开发这些飞机的一个重要支柱，至少在开始时是这样。我们正在使用NIAR为航空业在东丽和Syensqo（碳纤维/环氧树脂）预浸料上已经完成的大量工作。因此，我们正在使用NCAMP许可和已知的制造工艺来加快我们的上市时间。”
他还解释说，科纳（Kona）认证是根据通用航空指南进行的，适用于9吨或以下的飞机，通常需要18个月的时间，但地平线（Horizon）将是第25部分运输类别认证。“当然，这将是一个更长的认证过程，”他承认。“不过，这取决于你如何制造它，如果执行得当，这是一个2到3年的计划。这就是波音过去能够做到的，而空客A350实际上在不到2年的时间里就完成了。因此，在行业内，所需的时间和费用是有先例的。”
这是真的，但波音787花了8年时间，其中一部分是它选择了无纵向接缝筒体复合材料机身的新型机身结构，而A350则使用复合材料4块面板，组合成机身筒体，这与之前的金属机身结构/组装方法非常相似。马图舍夫承认这一点：“问题是你注入了多少新技术，因为这本质上会为进入市场创造更多障碍。因此，我们正试图用已知的材料、制造、发动机和系统尽可能简单。”
考虑到所有这些，Natilus什么时候能完成地平线（Horizon）的设计？他说：“我们正试图尽快冻结这种设计。”。“我的意思是，投入使用是在21世纪30年代初，也就是6-7年后，但从我们的角度来看，时间并不长。所以，我们已经计划在明年进行风洞测试，我们希望在年底前完成空气动力学设计，但之后我们必须开始研究内部结构、系统和制造。因此，我们现在必须迅速开始行动。”
BWB标准化，未来材料
马图舍夫认为BWB飞机已经正常化。他解释说：“在过去的10-15年里，我们看到的是，如果你做得正确，技术上会有一个机会，这样你就可以把它推向市场。”。“问题将是执行以及将风险推到哪里。从我们的角度来看，我们正试图基本上采用现有的部分，但以一种独特的方式将它们组合在一起，这仍将提供我们的客户在短期内想要的机会和效率。”
因此，Natilus正在努力争取科纳（Kona）的首飞。马图舍夫说：“然后，我们需要将从中吸取的经验教训应用于地平线，以便我们能够解决如何每天生产一架飞机的问题，这正是市场在未来20年的需求。”。
考虑到这一点，看看热塑性复合材料（TPC-thermoplastic composites）不是有意义的吗？TPC使零件能够在几分钟内冲压，波音和空客都已经在使用它了？“我真的很喜欢热塑性塑料的想法，因为这种工具要简单得多。它本质上是金属板材一样的制造工艺—例如，只是使用冲压工具来制作肋—但使用性能更高、重量更轻的材料。但材料是合格的。”
在这里，他指的是TPC在行业中的现状。TPC角片和加强件用于B787和A350机身，焊接的TPC机翼前缘和方向舵已经在空客、达索和湾流客机上飞行了几十年。尽管如此，将这项技术添加到科纳（Kona）和/或地平线（Horizon）中很可能会增加认证的复杂性并延长认证过程。“我真的很喜欢空客继续前进的想法，在那里我们可以根据投入生产的材料、工艺和结构进行等效认证。”
马图舍夫说，目前，“我们很兴奋，因为我们在正确的时间出现在正确的地点。市场需要新的解决方案，我们有一个非常可实现的时间表来提供这些解决方案。与此同时，考虑所需的制造、设施和劳动力是具有挑战性的，但我们正在与潜在的工厂进行良好的对话，我们的客户和投资者正在提供我们所需的支持，我们正在开发新的合作伙伴并建立供应链。”
