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飞机氢动力技术发展 航空动力新方向中国航空新闻网：氢动力技术并非一种新概念技术，其早些年已应用于无人机领域。但随着人们对绿色航空发展的强化和认知，其近两三年来正向客机领域发展。尤其是在今年疫情席卷全球的严峻形势下，空客和波音两大航空巨头仍在推动氢动力客机技术的发展。尽管这两大巨头关于氢动力客机的市场化时限还存在着分歧，但总体而言，氢动力技术已经被认定为未来发展的一种必然选择。按照空客公司的说法：“氢能源是实现公司最终可持续性目标所必需开发的多种方法之一”。空客公司已将氢能源视为实现未来十年将零排放商用客机推向市场目标的主要能源。而波音公司则认为，由于技术监管方面的障碍和技术不确定性，氢动力客机的开发前景和应用可行性目前尚不明朗，短期内难以推出氢动力客机。 空客公司计划在21世纪30年代初将一款零排放商用客机推向市场，而实现这一目标的最有希望的技术之一就是氢能。氢能是一个非常好的替代能源，可以实现既定目标。氢可以由太阳能或风能产生，其能量可以通过燃料电池驱动燃气涡轮发动机或混合电动飞机，这将大大减少航空业对气候变化的影响。在2024年至2025年的时间框架内，空客公司需要作出关于技术选择的一些重大决定，技术开发需要在未来4至5年内获得快速进展。这些进步需要超越“飞机边界”领域扩展到汽车和航天领域，这两个领域都有使用氢能的经验。此外，空客公司还认为，机场还必须为21世纪30年代的氢动力飞机做好准备，这意味着需要将氢气引入机场，为地面设备提供动力。基础设施和飞机开发同样重要，目前已启动初步工作，试图与能源公司开展后续合作，以扩大氢能应用规模。然而，氢能只是未来混合燃料所需的一种能源。短期内，可持续航空燃料(SAF)是最有希望的动力源，但需要降低成本。从长远来看，科学家们认为目前这一代生物燃料将达到可扩展性的极限。 目前，氢燃料适用于200座飞机，但对于大型飞机来说，使用SAF或动力液体燃料可能是更好的选择。鉴于目前电池技术的发展现状，空客公司预测，电驱动大型客机尚无法达到正常应用水平。因此，空客公司将研发重点转移到氢动力技术领域，以达到未来更经济、更洁净航空运输的目的。2020年9月22日，波音公司在竞争对手空客公司透露新概念氢动力客机项目之后的第二天公开表示，由于技术监管方面的障碍和技术不确定性，氢动力客机的开发前景和应用可行性目前尚不明朗。就氢动力客机而言，波音公司认为，虽然氢能源具有独特的应用前景，但是该技术的推广仍面临很大困难。主要的难题是氢燃料的生产和存储问题。几十年来，航空航天业已经对当前涡轮涡扇发动机所需的煤油燃料有了全面认知，对安全存储、运输、使用这种传统燃料积累了丰富经验。但是，氢燃料与传统煤油燃料有本质区别。如何安全、有效地使用氢燃料，还需要政府监管机构、研制厂商等共同协作，实现管理措施、关键技术等方面的创新突破。目前，氢能源相关的理论、知识、应用等研究课题仍存在很多未知领域。 2016年，在第9次也是最后一次飞行2年后，波音“鬼眼”氢动力长航时无人机退出历史舞台，成为空军飞行试验博物馆中的展览品。“鬼眼”是由波音鬼怪工场研制的氢动力缩比验证机，设计留空时间为4天，载荷204千克，翼展45米，于2012年6月在NASA阿姆斯特朗飞行研究中心首飞，其目的是为能够携带907千克载荷、在19812米高空停留10天的全尺寸飞机验证相关技术。但是从2014年最后一次飞行后，该机没有获得一个客户订单，最终被捐赠给了博物馆。该机共完成了34小时飞行试验。 2016年，氢动力发动机中心(HEC-TINA)和Arcturus UAV两家公司联合开发能够支持Arcturus的T-20系列无人驾驶飞机的氢燃料内燃机。 2018年，美国SKYCORP公司在伦敦商用无人机展上正式推出氢动力无人机(UAV)e-Drone Zero。 2019年，美陆军资助华盛顿州立大学机械与材料工程学院180万美元，用于验证液态氢动力无人机和燃料补给系统。据悉，美国陆军总计拨款720万美元，分别授予密西西比州立大学、Insitu公司和Navmar应用科学公司的研究人员。 2019年9月，总部位于伦敦的H2GO动力公司宣布其与巴拉德动力系统公司合作，成功实现了世界上首次3D打印氢动力无人机飞行。 经过12年的小型无人机氢动力系统研发，HES能源系统公司于2018年10月初公布了世界首款氢-电支线客机“元素1号”。“元素1号”设计为零排放飞机，将HES公司的超轻氢燃料电池技术和分布式电推进飞机设计相结合。在不改变现有无人机尺寸的情况，HES的分布式系统允许采用模块化方案，并通过多系统冗余增加了安全性。 ZeroAvia公司2020年6月23日公布，为6座Piper M级飞机配备的最新动力系统在英国克兰菲尔德大学机场成功完成首飞。该校是英国政府支持的推进航空零排放的HyFlyer项目参与者之一。试飞的这架飞机是一型“商业模式”的氢动力飞机，并计划在三年内获得10至20座氢动力飞机认证，在2030年前获得达到50至100座氢动力飞机认证；到2040年，希望可搭载200名乘客的氢动力飞机实现3000海里(约5556公里)以上的飞行。 德国宇航中心设立新的航空研究机构据2020年7月3日消息，德国宇航中心(DLR)正在组建四个新的研究所和设施，以加强可再生合成燃料、氢动力、低排放发动机、无人机和电动飞机等领域的研究。德国联邦议会和联邦委员会已于2020年7月3日通过了《结构加固法案》(StStG)，为DLR新设施的运营提供融资保障。空客公司提出新概念 2020年9月21日，空客公司公布了代号为ZEROe的三型零排放商用客机概念方案，采用了各异的空气动力学构型和动力形式，但以氢作为主要能源。空客计划于2035年投入运营，ZEROe将成为全球首型零排放商用客机。三型方案分别是：涡扇、涡桨和翼身融合。 涡扇方案： 涡扇方案的商载约为120-200名乘客，航程超过3700千米，能够执行洲际飞行任务，由两台混合氢涡轮风扇发动机提供动力，以氢取代传统燃料，通过氢的燃烧实现飞行。氢燃料以液态形式储存，储罐及分配系统位于在机体后部压力隔板后。 涡桨方案： 涡桨方案最大商载为100名乘客，航程超过1800千米，使用两台混合氢涡轮螺桨发动机，同样由提供氢燃烧动力，是短途旅行的完美选择。 翼身融合方案： 翼身融合方案，即机翼与机身合为一体。该构型大大增加了客机的载客和燃料存储能力。可容纳200名乘客，非常宽的机身为氢燃料的储存和分配以及舱室布局提供了多种选择。航程与涡扇方案类似，超过3700千米。储罐位于机翼下方。 北京星光凯明智能科技有限公司是集研制、生产、销售、服务于一体的，具有独立法人资格的高新技术企业。公司办公地点位于清华大学（固安）重大产业基地，将于2020年入住大兴国际机场临空经济区航空创新产业园。产业园一期面积17万平方米，包括科研、制造和培训基地。目前我们已经取得GJB/9001C-2017和GB/T19001-2016质量管理体系认证证书、武器装备科研生产许可证书、二级保密资格单位证书、国家火炬计划产业化示范项目证书、软件产品登记证书、新产品新技术证书等。 |
