氢燃料客机 从概念到探索

易寒

英航探索从化石燃料转向氢燃料可能

今年2月初，英国航空宣布与氢动能飞机初创企业ZeroAvia合作，探索氢动力飞机如何在未来可持续飞行中发挥主导作用。据了解，相关团队将与专家远程协作，探索从化石燃料转向零排放氢燃料转型的可能性，为航空公司机队提供动力。

ZeroAvia 是一家氢动力总成公司，他们与现有的航空制造商和航空运营商合作，提供零排放，低成本的动力总成选择。他们设计氢动力总成以无缝地装配到现有飞机中，而他们不是飞机制造商。因此，现有飞机制造商实际上是 ZeroAvia 的合作伙伴，而不是其竞争对手。

去年9月份，ZeroAvia 完成了世界上第一架由氢燃料电池驱动的商用飞机的飞行，地点是在英国克兰菲尔德的 ZeroAvia 研究与开发实验室。使用的飞机是派珀 M 级（Piper Malibu M330）六座飞机。它完成了滑行，起飞，全模式巡回飞行和着陆，没有任何问题。

这款经过改装的派珀 M 级飞机现在是世界上最大的氢动力飞机。该公司最初的目标是将 500 英里范围内的 10-20 座飞机改装之后用于商业旅客运输，包裹运送，农业等领域。但是，他们认为最终无需任何新的基础科学，氢动力飞机将与当前化石燃料飞机的飞行距离和有效载荷相匹配。

这种方法使 ZeroAvia 可以专注于为航空脱碳提供动力。已经有足够的飞机制造商制造坚固、高效的机身，并将能够接受 ZeroAvia 的燃料电池动力总成。通过使用现有飞机，ZeroAvia 可以更快地实现零排放商业飞行，而所需成本仅为设计一架全新飞机的一小部分。

同时，ZeroAvia的氢动力系统由于燃料和维护成本较低，预计运营成本将低于傳统喷气燃料。该公司计划控制其动力系统和其他商业客户的氢燃料生产和供应，从而大幅降低整个市场的燃料可用性和定价风险。

据ZeroAvia预计，最早将在2023年实现飞机氢电动力的商业化——20座飞机的飞行里程可达500英里；2027年计划能为100座的商业飞机提供可飞行500英里的动力；到2030年，可为100座以上的飞机1000英里的商业飞行提供动力。目前，ZeroAvia得到了英航航天技术研究所和Innovate UK的部分资助，并于去年年底完成了新一轮2140万美元的融资。

航空巨头空中客车的“雄心壮志”

不只是ZeroAvia这样的初创型公司，航空巨头也在努力。

为了在 2035 年前实现零排放飞行，欧洲飞机制造商空中客车公司（Airbus）在2020年9月展示了三款可以实现零排放飞行的概念机。空中客车尝试了一种新的设计，将整个氢推进装置、罐体和所有的东西都装备在机翼的可拆卸吊舱中。

概念机型中设计了 6 个吊舱，每个吊舱都包括一个液态氢罐、一个冷却系统、一个燃料电池、动力电子装置、电动机、一个八叶轻质复合材料螺旋桨和所有必要的辅助设备，使其作为一个独立的推进装置运行。

空客公司将这个最新项目命名为ZEROe。空客公司希望让人们在短短15年后就能搭乘它的一款全新设计飞机在空中翱翔，甚至喊出了让喷气式发动机造成的污染和乘坐飞机令人羞愧的日子一去不复返的口号。

ZEROe项目目前给出了三种不同设计方案。

一种是可搭载120-200名乘客的涡轮风扇发动机设计方案，其航程超过2000海里，能够进行跨大陆运行，由燃烧氢气而非传统航空燃料的改型燃气涡轮发动机提供动力。液态氢将通过位于后耐压舱壁后面的储罐进行存储和输送。

第二种是最多搭载100名乘客的涡轮螺旋桨发动机的设计方案。使用涡轮螺旋桨发动机代替涡轮风扇发动机，并且还通过改进的燃气涡轮发动机中的氢燃烧来提供动力，航程超过1000海里，是短途旅行的理想选择。

第三种是最多搭载200名乘客的翼身融合的设计方案。机翼与机身采用融合设计，航程与涡轮风扇概念机相似。超宽的机身为氢气的储存和输送，以及客舱布局提供了多种选择。同时该方案也是具有话题性的机型，由于飞机的机翼与机身合并，形成高度流线型的形状，就好像“飞行的翅膀”，类似于《星际迷航》中的飞行器，非常具有未来感。

空中客车首席执行官傅里（Guillaume Faury）认为：“对于整个民航业来说，这是一个历史性的时刻。我们发布的概念飞机向世界展示了我们实现未来零排放飞行这一大胆愿景的雄心壮志。我坚信，无论是在合成燃料中还是作为民用飞机的主要动力来源，氢能源的使用都有可能显著减少航空对气候的影响。向氢能源过渡作为这些概念飞机的主要动力，将需要整个航空业生态系统采取果断行动。”

氢燃料发动机已在车辆动力上得到证明

事实上，氢燃料并不是陌生的概念。世界上第一台内燃机投入使用时，它所采用的燃料就是氢气。整个20世纪，数量众多的车企、院校，包括发明家甚至业余爱好者，都对氢燃料内燃机的可行性进行了各种各样的研究测试。

1970年，发明家保罗·迪格斯（Paul Dieges）率先申请了一项以氢燃料为动力的内燃机设计专利。普惠公司也曾在上世纪50年代设计并制造了一台使用氢燃料的燃气涡轮发动机。

如今，氢燃料发动机已经被证明具有向从小轿车到公共汽车等各种车辆提供动力的能力，这也吸引航空业将注意力转向使用氢燃料来为民用飞机提供动力。空中客车公司ZEROe零排放概念飞机便是其中之一。

普惠公司商用发动机大中华区客户业务总裁范佑勋（Yogesh Farswani）认为，在发动机层面上，在今后20年以及更远的未来，燃气涡轮发动机架构依然是商用航空飞行的主流动力架构。如果氢成为航空业未来的首选燃料，燃气涡轮发动机亦将发挥关键作用。

他还指出：“实际上，燃气涡轮发动机能够相对容易地进行改装来燃烧氢燃料。应用这一燃料的主要挑战在于改变航空器设计、燃料加注所需的基础设施以及以绿色的方式进行氢的生产”。