1500公里！全球首架載人液氫飛機成功試飛
來源：原創 2023-09-12
氫能航空領域再傳佳訊！
近日，美國上市eVTOL公司Joby旗下的德國氫能電動航空技術公司H2Fly宣布已成功進行世界首次液氫飛機HY4載人試飛，該液氫飛機已安裝低溫液氫儲氫罐及燃料電池系統，這次飛行標志著歐盟資助的 HEAVEN 項目的圓滿完成，該項目旨在展示在飛機中使用液態、低溫氫的可行性。
此次飛行持續了3小時1分鐘，消耗氫10公斤。而該飛機的最大儲存容量為24公斤，可以持續飛行8小時。由于采取了新的技術路線——液氫作為燃料，使得HY4驗證飛機的最大航程從750公里增加到了1500公里。
這是氫能航空首次使用液氫的電動載人飛機試飛，堪稱氫能航空領域重大里程碑，為電動航空的長途飛行開辟了新的可能性。
據了解，H2FLY的總部位于德國斯圖加特， 2015年由5名來自斯圖加特德國航空航天中心和烏爾姆大學的工程師創立，專門從事氫電動航空技術（更具體地說是液氫）的開發，并希望成為首批向市場提供合格氫能推進系統的公司之一。
HY4 氫電動飛機的首飛早在 2016 年就已完成，并于2022年以7000英尺達到77英里航程打破世界紀錄，2021 年，H2FLY 被加州公司 Joby Aviation 收購，據悉Joby Aviation正在開發一種電動垂直起降飛行器（eVTOL），以提供空中出租車服務。
據悉，H2FLY 的下一步是將燃料電池系統擴展到兆瓦容量，H2F-175 系統將不僅實現更長的航程，還能達到 27000 英尺（IT之家備注：約 8229 米）的高度。通過與 Deutsche Aircraft 合作，他們打算用 H2FLY 的氫電燃料電池改裝一架 30 座的 Dornier 328 示范機，并計劃在 2025 年開始試飛。
氫能飛機的技術路徑
航空低碳發展是交通領域低碳發展的重要方向，航空領域的碳排放主要來自化石能源燃燒，氫能由于其清潔無污染，以及更高的能量密度的特性，被認為是替代化石能源的最佳選擇。在航空動力領域被發揮更大作用。眾多航空企業已經開始布局研究氫能飛機和氫能航空動力。
目前，在航空領域利用氫能為航空器提供動力的技術路線有兩種：一是使用氫內燃機，將燃料改為液氫，氫氣在改進的燃燒室中點燃，直接產生動力；二是發展氫燃料電池，連接電動機為飛行器提供動力。
這兩種技術路線功率密度較小，未來氫能在航空領域的應用趨勢將會是向著更大的民航客機方向發展，因此第三種技術路線與現有渦扇發動機的推進方式相仿，是通過點燃更大流量的氫氣以驅動渦輪、產生動力，從而使發動機獲得更大的功率密度。
當前的發展階段之下，氫能航空最受關注的兩個方向分別是氫燃料發動機和氫燃料電池推進系統。
而無論是燃料電池，內燃機還是渦輪技術路線，目前都存在著液氫或氣氫的儲存、輸送、安全等問題亟需解決。
氫氣的存儲體積大，通常為了節省空間，會采用增壓儲存以低溫液態的形式進行儲存，這使得運輸和加注的難度增加，氫氣的存儲安全問題也是個難題，而技術路線決定之下，無論是哪種儲氫方式，對密封性的要求都比傳統燃油系統更為復雜，但液氫儲存便不得不考慮恒溫條件的實施，以避免液化后的氫氣由于氣溫的升高而導致的體積膨脹進而導致燃料箱內壓強驟增而發生的爆炸。
對于飛機來說，采取更小體積的燃料，意味著可以在飛行時減小油箱重量和體積對飛機性能所帶來的額外的要求，提升有效載荷和航程。
而此次試飛之所以能夠在航程上翻倍，正是因為對比傳統技術路線，在HY4驗證機的試飛做了一個技術上的調整，即以液態氫作為飛行中使用的燃料，同時在整個飛行過程只依靠由儲氫裝置、120kW燃料電池能量轉換器和電動機組成的氫燃料電池動力系統來為其提供動力。
氫能飛機領域的發展
近年來，各國紛紛加大在氫能領域的投入，國內也在加足馬力追趕，氫能與未來航空業的發展密切關聯，以下是第一元素網整理的近年來國內外部分氫能飛機的發展動態盤點。
2017年，中國自主研制的首架有人駕駛氫燃料電池試驗機在沈陽試飛成功。飛機飛行高度320米，全程零污染排放。至此，中國成為繼美、德之后第三個擁有該技術的國家。
2023年3月25日，首款四座氫燃料內燃機飛機驗證機在沈陽某機場完成首飛，是我國自主研制的第一架以氫內燃機為動力的通航飛機。
2023年9月4日，在2023年服貿會北京首鋼展區，中國商飛公司展示了國內新一代氫能源技術驗證機——“靈雀M”，其機身部就是按照加載液態氫原料設計。“靈雀M”原型機擬在下月進行試飛，實現商用化仍需要較長時間。
2021年1月，德國聯邦運輸和數字基礎設施部宣布，向氫燃料電池航空電驅總成項目（BALIS）撥款2600萬歐元，由德國航空航天中心（DLR）牽頭，研制以氫燃料電池為動力的大功率航空電驅總成（單臺功率不低于1.5MW），用于40～60座、1000km航程的支線客機。
2022年12月，法國空中客車公司展示了三款名為“ZEROe”的零排放概念飛機5，其中一款是采用翼身融合設計的渦扇飛機，可以搭載200名乘客，航程超過2000海里。該飛機將使用氫燃料電池產生電力，驅動電動機或渦輪發電機提供推力?？罩锌蛙嚬居媱澰?035年投入使用這款飛機。
2023年2月，德國海德堡大學和德國航空航天中心（DLR）聯合開發了一款名為“HY4”的四座氫燃料電池飛機，并在斯圖加特機場進行了首次試飛。該飛機使用兩個高壓儲氫罐儲存氫氣，通過燃料電池產生電力，驅動一臺功率為80千瓦的電動機提供推力。該飛機的最大時速可達200公里，最大航程可達1500公里。
2023年3月，英國零碳航空公司（ZeroAvia）宣布完成了首次使用液態氫作為燃料的飛機試飛。據悉該飛機經過改裝后可以同時搭載6名乘客，航程達500英里。該公司計劃于2024年推出19座的液態氫飛機，2030年推出50-100座的液態氫飛機。
2023年3月，目前世界上最大的氫燃料電池飛機——美國通用氫能源公司（Universal Hydrogen）的氫燃料電池驗證機成功在美國華盛頓州莫斯湖完成首飛。此次試飛由一架改裝后的Dash8-30040座的氫動力飛機完成，消耗了大約16kg氣態氫，飛行時長約15分鐘，搭載乘客50名，飛行高度達到3500英尺。
