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工业之美丨全球首架液氢飞机即将升空,氢能会是航空业的未来吗?

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工业之美丨全球首架液氢飞机即将升空,氢能会是航空业的未来吗?

氢燃料已经能为商用车、公共用车等各种地面车型提供动力,但在航空业的应用依旧不易。

图片来源:视觉中国

记者 | 王勇

液氢的绿色应用前景,不断吸引着各方玩家的加入,其中包括航空领域。

来自荷兰代尔夫特理工大学的44名学生组成的AeroDelft团队,一直在潜心研究液态氢燃料电池飞机。

日前,该团队展示了一架1/3等比例缩小的双座飞机Phoenix原型,并计划今年7月进行首次公开飞行。

Phoenix是双座e-Genius电动滑翔机的氢气改装版本,加装氢能储存系统和燃料电池。图片来源:AeroDelft

该原型机翼展为5.7米(约19英尺),重50公斤(110磅),携带1 公斤的液态氢,预计足够7小时左右的续航力和500公里左右的航程。

在这架原型机中,氢气被保存在-253 °C的低温罐中,并通过一套复杂的管道系统加热到0 °C,然后通过一个1.5千瓦的燃料电池,为飞机尾部的电动螺旋桨电机充电。

此外,全尺寸的Phoenix也在建造过程中,计划今年7月公开亮相。全尺寸的Phoenix将携带10公斤的液态氢,预计续航里程为2000公里,空中续航时间可达10小时。

按照计划,它将在2022年夏天先依靠气态氢飞行,并预计2024年进行首次全尺寸液态氢飞行。

届时,它或成为全球首架采用液态氢的飞机。

拥有44人的AeroDelft团队成员及原型机。图片来源:AeroDelft

基于碳减排的压力,越来越多的航空公司或机构在探索氢能的利用方式。

2019年,全球航空业产生了9.15亿吨二氧化碳,约占全球人类碳排放量的2%。为了降低航空业的碳强度,联合国下属的国际民用航空组织(ICAO)于2016年10月设计了国际航空碳抵消和减少计划(CORSIA),要求航空公司补偿国际航班产生的超出基准线的二氧化碳排放。

英国发动机制造商罗尔斯·罗伊斯大中华区总裁李安曾对界面新闻记者称,尽管航空业碳排放仅占2%,但这一领域实现减排的难度不小,特别是宽体客机,耗能很大。

氢能作为燃料由来已久。1807年,瑞士发明家伊萨克•德•里瓦兹设计了第一台氢燃料内燃机;1970年,保罗·迪格斯为内燃机的一项改进申请了专利,允许汽油发动机依靠氢气运行。

时至今日,氢燃料已经能为商用车、公共用车等各种地面车型提供动力,但在航空业的应用依旧不易。

其中的一大制约因素是储存液氢的储罐。

氢按重量计算具有极高的能量密度,但按体积计算密度却很低,需要通过将其冷却至极低的温度来压缩或转化为液体。用于储存液氢的储罐,设计非常复杂。

此外,由于单位体积液态氢的能量密度,仅为喷气燃料的四分之一,这意味着相同能量条件下,飞机需要搭载一个大四倍的燃料储罐,飞机不得不减少乘客搭载量或让飞机体积变得更大。

据界面新闻记者了解,目前飞机主要有两种氢推进模型:第一种是使用氢气通过燃料电池产生电能,为电动机提供动力;第二种推进模型基于在内燃机中的直接氢燃烧,与目前飞机上使用的系统类似。

Phoenix原型机,主要依靠燃料电池技术作为动力系统。相比于氢燃烧具有更高的效率,其中的难点就在于液态氢的储罐。

Phoenix原型机项目经理Sam Rutten表示,目前液氢系统的开发进展顺利,正在结束设计阶段。

据其介绍,推进小组已经开发一个特殊容器,还有其他支持系统,这将保证飞机能够使用液氢飞行。他们将根据所有相关认证来建造容器,目前已进入生产阶段。

全尺寸Phoenix的续航能力可达10个小时,在满载10kg液态氢的储罐下,续航里程可达2000公里。图片来源:AeroDelft

除AeroDelft团队外,还有机构在研究氢动力飞机。

去年11月,由代尔夫特大学、蝙蝠飞机公司、德国宇航中心(DLR)等组成的MAHEPA项目组,在斯洛文尼亚马里博尔机场完成了HY4氢混合动力飞机的试飞。

该项目组由蝙蝠飞机公司、Compact Dynamics公司、德国宇航中心、米兰理工大学、代尔夫特理工大学、马里博尔大学和乌尔姆大学共同组成,重点开发新型可模块化升级的氢燃料电池技术。

欧洲飞机制造商——空中客车公司(下称空客),也将研究液态氢如何用作内燃机或燃料电池的燃料,列入了其零排放计划中。2020年9月,空客宣布氢燃料推进系统将成为新一代零排放商用飞机的核心。

从理论上讲,液态氢可以使整个电力传动系统冷却至超导温度,此时电阻将从系统中消失,效率飞速上升。空客认为,为充分利用这种效应而设计的动力总成,可以减少飞机一半的重量及一半的电损耗。

液氢在航空领域的应用仍在探索中。无论是储罐设计、制氢技术、安全性保障还是超低温应用等,目前都是科研人员面临的难题。

液氢飞机究竟是可行性的航空低碳化方案,还是仅具备理想化属性的鸡肋,有待未来数年间得到验证。

未经正式授权严禁转载本文,侵权必究。

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工业之美丨全球首架液氢飞机即将升空,氢能会是航空业的未来吗?

氢燃料已经能为商用车、公共用车等各种地面车型提供动力,但在航空业的应用依旧不易。

图片来源:视觉中国

记者 | 王勇

液氢的绿色应用前景,不断吸引着各方玩家的加入,其中包括航空领域。

来自荷兰代尔夫特理工大学的44名学生组成的AeroDelft团队,一直在潜心研究液态氢燃料电池飞机。

日前,该团队展示了一架1/3等比例缩小的双座飞机Phoenix原型,并计划今年7月进行首次公开飞行。

Phoenix是双座e-Genius电动滑翔机的氢气改装版本,加装氢能储存系统和燃料电池。图片来源:AeroDelft

该原型机翼展为5.7米(约19英尺),重50公斤(110磅),携带1 公斤的液态氢,预计足够7小时左右的续航力和500公里左右的航程。

在这架原型机中,氢气被保存在-253 °C的低温罐中,并通过一套复杂的管道系统加热到0 °C,然后通过一个1.5千瓦的燃料电池,为飞机尾部的电动螺旋桨电机充电。

此外,全尺寸的Phoenix也在建造过程中,计划今年7月公开亮相。全尺寸的Phoenix将携带10公斤的液态氢,预计续航里程为2000公里,空中续航时间可达10小时。

按照计划,它将在2022年夏天先依靠气态氢飞行,并预计2024年进行首次全尺寸液态氢飞行。

届时,它或成为全球首架采用液态氢的飞机。

拥有44人的AeroDelft团队成员及原型机。图片来源:AeroDelft

基于碳减排的压力,越来越多的航空公司或机构在探索氢能的利用方式。

2019年,全球航空业产生了9.15亿吨二氧化碳,约占全球人类碳排放量的2%。为了降低航空业的碳强度,联合国下属的国际民用航空组织(ICAO)于2016年10月设计了国际航空碳抵消和减少计划(CORSIA),要求航空公司补偿国际航班产生的超出基准线的二氧化碳排放。

英国发动机制造商罗尔斯·罗伊斯大中华区总裁李安曾对界面新闻记者称,尽管航空业碳排放仅占2%,但这一领域实现减排的难度不小,特别是宽体客机,耗能很大。

氢能作为燃料由来已久。1807年,瑞士发明家伊萨克•德•里瓦兹设计了第一台氢燃料内燃机;1970年,保罗·迪格斯为内燃机的一项改进申请了专利,允许汽油发动机依靠氢气运行。

时至今日,氢燃料已经能为商用车、公共用车等各种地面车型提供动力,但在航空业的应用依旧不易。

其中的一大制约因素是储存液氢的储罐。

氢按重量计算具有极高的能量密度,但按体积计算密度却很低,需要通过将其冷却至极低的温度来压缩或转化为液体。用于储存液氢的储罐,设计非常复杂。

此外,由于单位体积液态氢的能量密度,仅为喷气燃料的四分之一,这意味着相同能量条件下,飞机需要搭载一个大四倍的燃料储罐,飞机不得不减少乘客搭载量或让飞机体积变得更大。

据界面新闻记者了解,目前飞机主要有两种氢推进模型:第一种是使用氢气通过燃料电池产生电能,为电动机提供动力;第二种推进模型基于在内燃机中的直接氢燃烧,与目前飞机上使用的系统类似。

Phoenix原型机,主要依靠燃料电池技术作为动力系统。相比于氢燃烧具有更高的效率,其中的难点就在于液态氢的储罐。

Phoenix原型机项目经理Sam Rutten表示,目前液氢系统的开发进展顺利,正在结束设计阶段。

据其介绍,推进小组已经开发一个特殊容器,还有其他支持系统,这将保证飞机能够使用液氢飞行。他们将根据所有相关认证来建造容器,目前已进入生产阶段。

全尺寸Phoenix的续航能力可达10个小时,在满载10kg液态氢的储罐下,续航里程可达2000公里。图片来源:AeroDelft

除AeroDelft团队外,还有机构在研究氢动力飞机。

去年11月,由代尔夫特大学、蝙蝠飞机公司、德国宇航中心(DLR)等组成的MAHEPA项目组,在斯洛文尼亚马里博尔机场完成了HY4氢混合动力飞机的试飞。

该项目组由蝙蝠飞机公司、Compact Dynamics公司、德国宇航中心、米兰理工大学、代尔夫特理工大学、马里博尔大学和乌尔姆大学共同组成,重点开发新型可模块化升级的氢燃料电池技术。

欧洲飞机制造商——空中客车公司(下称空客),也将研究液态氢如何用作内燃机或燃料电池的燃料,列入了其零排放计划中。2020年9月,空客宣布氢燃料推进系统将成为新一代零排放商用飞机的核心。

从理论上讲,液态氢可以使整个电力传动系统冷却至超导温度,此时电阻将从系统中消失,效率飞速上升。空客认为,为充分利用这种效应而设计的动力总成,可以减少飞机一半的重量及一半的电损耗。

液氢在航空领域的应用仍在探索中。无论是储罐设计、制氢技术、安全性保障还是超低温应用等,目前都是科研人员面临的难题。

液氢飞机究竟是可行性的航空低碳化方案,还是仅具备理想化属性的鸡肋,有待未来数年间得到验证。

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