下一代航空燃料——氫
來源：氫能俱樂部 2021-02-19
當代飛機所使用的內燃式航空發動機，可以通過改裝升級，使用替代燃料，來實現更加環保的排放要求。如今，無論使用氣態燃料還是液態燃料，氫——都已成為最具潛力的選擇之一。空中客車正在為其零排放飛機項目探索氫燃料的應用潛力，以此為未來鋪就發展之路。
當世界上第一臺內燃機投入使用時，它所采用的燃料并非汽油或柴油，而是氫氣。
1804年，瑞士發明家伊薩克?德?里瓦茲（Isaac de Rivaz）在成功地設計了幾輛以蒸汽為動力的汽車后，他開始嘗試使用具有爆燃特性的燃料來取代蒸汽。他的第一個試驗就是研究發動機氣缸內燃料爆燃膨脹后推動活塞運動的基本原理。當時，他使用氫氣和氧氣混合點火驅動內燃機運轉，試驗取得了初步成功。1807年，他將試驗原型發動機安裝在一架四輪馬車上，驅動馬車行駛了一段距離，此舉使這輛馬車獲得了“世界第一臺由內燃機驅動的汽車”的殊榮。
在過去的整個20世紀，無論是車企、院校，還是發明家甚至業余愛好者，他們都對氫燃料內燃機的可行性進行了各種各樣的研究測試。1970年，發明家保羅?迪格斯（Paul Dieges）甚至率先申請了一項以氫燃料為動力的內燃機設計專利。
如今，氫燃料發動機已經被證明具有向從小轎車到公共汽車等各種車輛提供動力的能力。未來，氫燃料也可能為民用飛機提供動力。
為飛機提供動力的渦扇發動機是最現代的燃氣渦輪發動機
氫燃燒的工作原理：燃燒是一個從燃料和空氣混合物中釋放能量的化學過程。在氫的燃燒過程中，液態或氣態的氫在改進的燃氣渦輪發動機中燃燒來制造動力。這個過程與傳統的內燃機相同，只是用氫取代了其對應的化石燃料。
點燃式發動機由一個固定的氣缸和一個或數個移動的活塞組成，其工作原理如下：
? 進氣過程中，燃料與空氣混合通過進氣門被吸入氣缸
? 隨后活塞壓縮燃料和空氣的混合物，并由火花塞點燃可燃氣
? 高溫高壓的燃氣推動活塞運動，從而轉動曲軸
? 就汽車而言，這種旋轉運動可以使車輪轉動
要確定哪種氫技術最適合為我們的ZEROe零排放概念飛機提供動力的唯一辦法，就是測試、測試、再測試。
——ZEROe飛機架構負責人Matthieu Thomas
氫具有許多使其適合燃燒的獨特特性，包括：
? 寬適燃范圍：氫的燃燒條件并不苛刻，它可以在與空氣混合不充分的條件下燃燒，這意味著在消耗同等空氣量時，所需要的氫燃料少于其他燃料。這會提高燃料經濟性，降低燃燒溫度，減少通過排氣排放的氮氧化物等污染物量。
? 自燃溫度高：與碳氫發動機相比，氫發動機的高自燃溫度使其具有更高的壓縮比。壓縮比越高，熱效率越高，燃燒過程中損失的能量越小。
測試氫燃料技術
氫燃料已經成為飛機的動力來源之一。1988年，世界上第一架使用液化氫氣（后來還曾使用液化天然氣）運行的試驗性民用飛機——圖-155試飛成功。這款飛機共進行了約100次試飛。
30多年后的今天，航空業再次將注意力轉向使用氫燃料來為民用飛機提供動力。空中客車ZEROe零排放概念飛機便是其中之一。我們將與各行各業的合作伙伴聯手，探索這項技術在民用飛機上應用的潛力及其局限性。
“要確定哪種氫技術最適合為ZEROe提供動力的唯一辦法，就是測試、測試、再測試。”空中客車ZEROe飛機架構負責人Matthieu Thomas表示，“我們期待與大家分享在氫燃料方面進行跨行業合作的更多成果。”
要使氫燃料正常工作，必須將液氫安全地儲存在飛機上。由于氫的獨特特性，這可能會是棘手的問題。例如，如果熱量通過傳導等因素傳遞到燃料中，則需要對燃料存儲罐進行絕緣，以避免蒸發。這也是空中客車防務與航天的工程部門參與該項目的原因。該團隊將與ZEROe項目團隊在為期三年的合作項目中，為液氫低溫存儲罐的開發和工業化應用提供支持。
“數十年來，航天業一直在使用壓力容器來儲存液體推進劑，為太空探索提供動力。”空中客車防務與航天推進產品和儲罐負責人Renato Bellarosa表示，“因此，我們在損傷容限、先進制造技術和容器壓力測試方面擁有大量的專業知識，這些都是支持未來飛機推進系統液氫儲罐研發的關鍵。這樣的跨行業合作將使我們在未來十年內更接近實現將氫動力飛機送上藍天。”
