空客公司不断创新仿生设计，打造可持续飞行的未来

当Redshift在2015年首次发表这篇文章时，空客公司正着手重新设计A320的部件，并建立了一支更可持续发展的机队，以致力于到2050年将温室气体排放量减半。空客公司认为，支持乘务员座椅的机舱隔板是可以进行重新构想的一个成熟部分。

得益于衍生式设计技术， 空客公司最 初研发 的 用金属 增材 制造 方式生产的隔板比以前 轻了 45% 。 但遗憾的是 ，由于金属 增材制造 未 能 实现 适当的 经济 效益 ， 这种 仿生 隔板未能 投入生产。 然而，衍生式设计 技术 在不断 进步， 在 传统制造工艺 的基础上不断推陈出新 。

这些进步 让 空客公司 的 仿生 隔板研发取得了 新进展。同样 还是采用衍生式设计 ，空客公司最 新研发 的 隔板 首先以塑料 进行 3D 打印 ，制 成模具，然后 用符合航空制造要求 的金属合金 进行 铸造 。这样 铸 造出的 隔板与 之前设计的那种隔板 一样轻巧， 同样可 减轻 飞机 重量 、提高 燃油效率。

现在 这种衍生式设计的新款隔板 能 适于 铸造，既 实惠 又高效 ，其 重量和强 度与第一款仿生隔板相当，而生产成本则比它降低许多，因而 为空客公司 的 可持续 发展做出了贡献 。 请阅读以 下原文章，了解空客公司创新之旅的背景故事。—— Redshift 总编 Erin Hanson

想象一下，你正坐着飞机出去度假。在飞机上你可能会看到，机翼有时会改变形状，以避免突发性颠簸。或者，飞机在飞行中被击中，你会亲眼看到被击穿的破洞自动修复！或者，机身会变得透明，让你可以四处极目眺望。

这是空客公司在2011年推出的概念机舱的愿景。虽然好像是官样文章，但是，没错，这种未来的愿景现在开始_崭露头角_了。

最近，空客公司与总部位于纽约的建筑公司The Living合作，采用衍生式设计软件和3D打印技术制造一种叫做“仿生隔板”的东西。这是机舱里隔开机组人员和乘客的一道“墙”，很薄，但至关重要，其中包括收纳医疗担架的空间，还装有起飞和降落时机组人员用的折叠座椅。

这种仿生设计的隔板重约30公斤，比传统隔板轻45%，所以能大大地节省燃油、降低碳足迹。但最出人意料的是，它的设计理念源于一种单细胞生物：粘液菌。

空客公司的创新经理Bastian Schaefer说：“粘液菌是一种很有趣的生物。想象一下，它正在树林里四处爬行寻找食物。为了做到这一点它向不同的方向扩散，所过之处留下粘液，在它身体和周围的食物来源之间建立了冗余的网络图。我们借鉴这种行为来设计隔板内的结构连接，采用一种算法，将隔板的所有连接点连接到飞机主体结构上，还在隔板内把乘务员座椅连接在隔板上。这对我们在隔板内建立复杂的结构网络很有帮助。

为了生成Schaefer说的这种算法，The Living公司创建了衍生式设计软件。研发团队按照轻量化和性能两方面的目标，在其工具中输入限制条件，以生成原始设计。在轻量化方面，原定目标是减少30%，但通过仿生设计最终达到了45%。

Schaefer说：“衍生式设计基本上就是要定义你的目标。如果目标是减轻重量，软件会通过算法帮你实现。此外也可实现其他目标，如结构的性能。设计仿生隔板时，我们设定了一个目标：在16g碰撞测试中隔板的偏转不超过200毫米。”

按这些初始限制条件，设计软件生成了超过1万种的设计方案。然后，空客公司依靠大数据分析来缩小范围，选出其中的佼佼者，最后选出性能最佳的一个设计，以付诸生产。Schaefer说：“我们采用一种可视化的图形，其中有重量和偏转两个限制条件。设计出的所有方案都以图形中的点来表示。因此，我们很容易从中选出几个设计方案，然后进行更详细的分析和考虑。”

选定要付诸生产的设计方案后，空客公司使用了三种不同的增材制造系统来完成生产：波森概念激光M2（Bosom Concept Laser M2）、EOS M290和EOS M400（用于非常大型的零件）。Schaefer说：“我们将整个隔板分解为多个子部件，将它们分布到打印机内的可用空间。然后决定用哪个打印机生产小零件，哪个打印机生产较大的零件，并同时开始打印。我们共打印了至少七个批次，才完成整个隔板的制造。”

“隔板有116个部件，每个部件都有必须进行加工的连接器，所以始终有一个问题：所有这些部件能顺利地组合成隔板吗？”Schaefer接着说，“最后，所有部件都组合起来了。我们举起隔板，感觉它出奇地轻盈，而且异常坚固。这让我坚信，衍生式设计技术将会非常成功，前途无量。”

Schaefer还指出，减轻这么多重量在过去是不可能实现的。他说：“现在我们能够做到，完全是因为将衍生式设计和3D打印结合起来了。”

在大多数情况下，目前的工业增材制造机器只能打印小型飞机部件。如果有更大的打印机，则意味着可以生产更大的飞机部件。最终，空客公司将致力于用3D打印生产驾驶舱，它有隔板的两倍那么大，必须从内部完全密封，并且达到防弹的安全标准。除了借鉴粘液菌，空客公司可能还需要从其他植物身上获得仿生设计的灵感，以设计出新型座椅头靠或者其他部件，谁知道呢？通过基于人类特性的算法，设计出超强的垂直稳定翼或喷气发动机部件，也许终将能成为现实。空客公司希望，在衍生式设计的帮助下，将来能够以3D打印方式制造整架飞机。

Schaefer说：“对于航空业的未来，空客的一大愿景无疑是可持续性。不仅对产品本身，而且对产品的运营和制造方式上，我们都关注其整个生命周期。所以我们在飞机设计上独辟蹊径——走仿生路线。仿生设计的这种隔板就来源于此。不过我们的最终目标是，产品在生命周期结束时要可以回收。所以我们关注产品的整个生命周期……将来，也许在2020年或22世纪，报废的飞机可能可以做成食品，并让人吃掉！”