【正文】 3 為材料技術可行性研究結束階段， TRL6 為技術驗證階段結束， TRL9 為技術成熟階段。在投資方面， TRL3 大約需 100 萬美元， TRL6 和 TRL9 分別增加 1 個數(shù)量級，材料供應商的投資可達到 1 億美元。 1 臺發(fā)動機成本約需 10~20 億美元， TRL6 與 TRL9 之間一般為 2~3 年， TRL3 與 TRL6 之間一般少于 1 年。 理想的安排是材料的 9 級（ TRL9）與發(fā)動機的 6 級（ TRL6）對應，這樣可讓發(fā)動機的 TRL6~TRL9 之間縮短為 24 個月。材料開發(fā)與發(fā)動機開發(fā)應互動交流信息，其目的是保證確定出適當?shù)脑囼烌炞C、設計技術的開發(fā)及工程制造以及檢測方法。 根據經驗，一種材料如果不以客戶需求為導向，材料開發(fā)與產品開發(fā)在成熟度上不匹配，研制周期將長達 10 年。反之，加強供需雙方的聯(lián)系，可縮短到 2~3 年。 “技術成熟度等級”的 評估（ TRA）方法 盡管美國國防部的技術成熟度等級得到廣泛的認同和使用，但只根據技術成熟度的定義，往往不能明確地標定技術成熟度的等級，還有待對技術成熟度進行細化，方能更具體地進行評價。本文擬根據國外所做的一些評估案例進行相關分析。 1 案例 1：技術成熟度在 DARPA 的“低成本復合材料”項目評估中的應用。 技術成熟度的評估在 DARPA 的“低成本復合材料”項目中的應用是一個典型例子。與每一個 DARPA 項目一樣，對該項目給出了技術成熟度等級。 表 3 中所列的成熟度等級是根據所占有的信息 量及已有的經驗確定的。 1~2 級表明在材料表征、試驗以及縮比件（形狀較平板復雜并比試樣大）以及全尺寸件開發(fā)的各方面的技術均缺少。 3~4 級成熟度表明只生產了試樣，有必要進行試驗并用較大的部件對材料進行驗證。 5~7級表明成本模型有待驗證。同時也需用全尺寸及縮比件進行試驗來驗證成本模型。 8~10 級表明有小的不足，但技術足夠成熟可用于生產。 要評估“低成本復合材料”計劃各項目的技術成熟度，還必須識別影響成熟度的一些因子。由于該計劃是面向軍用航空的，選用了 發(fā)時所需識別的 5個因子，包括穩(wěn)定的材料及其工藝、可生產性、經表征的力學性能、結構性能的可預測性以及結構保障性（可維修性及可檢測性），同時加上材料可供應性、取得認證的設計及成本分析、質量保證程序的開發(fā)以及經驗證的經濟可承受性。將這些因子歸并整理得出 8 個影響成熟度的因子，分別為： 有可以應用的、經表征的材料； 穩(wěn)定的材料及工藝； 制造出幾何復雜形狀的實驗室縮比件； 壽命預測模型以及適于部件及縮比件的力學性能； 設計及成本對比分析得到認可，并開發(fā)出質量保證程序； 全尺寸部件的可生產性以及試驗； 結構可維修性以及可檢測性（保障性）； 經過驗證的經濟可承愛性。 表 4 所列為 DARPA 的低成本復合材料計劃中的各項目技術成熟度等級評估的匯總表。該表給出 DARPA 低成本復合材料各項目的技術成熟度的評審結果。從表中所列成熟度的等級可以看出該項目中有 3 項技術仍不成熟，分別是電子束固化、熱固性復合材料膠接技術以及 IATA（低成本一體化機體技術），其中某些成熟度因子的等級在 1~2范圍內。低溫固化工藝的等級也低，原因是該工藝是新近開展的，評估時收集到 的信息不夠多。 電子束固化、膠接技術以及 IATA 的進步不快，部分原因歸咎于DARPA 的資助決策。但技術問題也是影響原因。對于電子束固化技術，在開展縮比件試驗之前本就應該開發(fā)出來合適的樹脂材料，但在項目開始 前尚未獲得該樹脂。膠接項目表明，熱固性樹脂仍可進行感應加熱，但不具備航空質量要求。在電子束固化項目中，雖然生產了一個大的構件，但未試驗其是否滿足設計要求。 對熱塑性復合材料感應加熱、精密裝配等項目， DARPA 的資助決策有中等影響，但僅取得一些進展。熱塑性復合材料項目，絲束鋪放的成本 模型表明可節(jié)約 33%，但未對全尺寸部件進行驗證。材料及工藝經過了加熱表征，但未制出縮比件或全尺寸部件來驗證成本模型。在精密裝配項目中，只為一種材料開發(fā)了材料變異性數(shù)據庫，但未指出這些數(shù)據能否用于其他材料系統(tǒng)。 具有較高技術成熟度等級的有快速 RTM、工裝項目，但未完成全尺寸試驗。盡管未進行風扇出口機匣及風扇葉片的全尺寸試驗，但制造了 7 個風扇出口機匣，并顯示出成本低于傳統(tǒng)方法。未完成成本模型驗證的還有風扇進口機匣、風扇葉片和快速 RTM。風扇進氣機匣滿足輕量化要求，但不滿足經濟性要求。 最成熟的技 術是固化成形工藝、絲束鋪放機能力驗證，以及風扇整流艙門。這些技術只有一些小缺陷。固化成形設計指南將轉入 F16及洛馬公司的生產中。絲束鋪放的技術成熟度達到 8 級或更高，是DARPA 項目中最成熟的技術。不過這種技術已成熟多年，用在多項飛機生產中。該項技術將繼續(xù)發(fā)展成為航空工業(yè)更廣泛應用、風險更低的工具。 在 DARPA 的項目中，有 2 個成熟度因子即保障性及經濟可承受性的等級范圍僅達到低到中級，在這些項目中，對于維修及檢驗未加以充分重視，因此無可靠的試驗方法及修理工藝，復合材料應用將受到限制。可靠性及經濟可 承受性的驗證要用全尺寸驗證件進行驗證。一些部件將在 JSF 的發(fā)動機驗證試驗中進行。若無全尺寸數(shù)據，即使成本低、可提高系統(tǒng)性能，仍屬于不成熟，會帶來高度風險。 評估后分析工作表明，雖然大部分項目受到 DARPA 的資助決策的影響，所有項目將在其重新修 訂計劃中完成可行性驗證。 在所有項目中，絲束鋪放機能力驗證、固化成形工藝以及風扇整流罩門的等級最高，將轉入工程應用項目。風扇葉片以及風扇進氣機匣將在 JSF 項目中繼續(xù)改進，以達到更高的等級。精密裝配、電子束固化以及絲束鋪放技術在其他項目中得到支持 ，存在的問題是資金是否足以使等級得到明顯提升。具有成本降低潛力的、仍不成熟的，但得到支持的有感應加熱、 IATA、低成本工裝、風扇出口機匣以及風扇包容環(huán)。 從以上案例分析可以看出，對于技術類項目，如果技術成熟度因子為 1~2 級的有 1/2 以上，則視為不成熟。對于產品類項目，如果技術成熟度影響因子有一個小于 5 即視為不成熟。對于成熟度影響因子 8以上超過 1/2 的技術類及產品類項目，均可視為足夠成熟，其余視為中等成熟。 2 案例 2：技術成熟度在材料無損檢測技術評估中的應用。 技術成熟度在材料無損檢測 技術評估上的應用是另 1 個例子。NASA 的無損檢驗工作小組用 9 級技術成熟度對各種無損檢測技術進行了評估。 表中所列“傳統(tǒng)”及“先進”方法的區(qū)別是在信息處理中是否采用計算機數(shù)字技術。例如傳統(tǒng)的熱成像技術系指用紅外照相機取得的圖像，而先進的熱成像是指用先進的計算機軟件來分析結構紅外輻射圖像并提供結 構的熱遷移或擴散系數(shù)圖。而結構的熱擴散系數(shù)在確定損傷程度方面比相應的溫度分布更可靠。 除了 NASA 的無損檢測組的技術成熟度評估外，作為二級評估標準，有的公司也制定了無損檢測技術評估等級標準，如美 國 Aerospace 公司標準，它只分 6 級。 1 級 — 已識別潛在的無損檢測方法； 2 級 — 方法已經驗證； 3 級 — 已選擇出能識別的缺陷及無損檢測方向； 4 級 — 已識別并驗證了方法論； 5 級 — 已驗證了標準化； 6 級 — 檢驗方法已建立，并驗證結果有重復性，對檢驗有信心。