具有低溫儲存的氫動力燃料電池發動機結構可能 會出現在一架全新的零排放飛機中，該飛機將于2035年投入使用?？罩锌蛙嚬疽呀浽诓坏剿哪甑臅r間里設計、 建造和演示這樣一個兆瓦級的推進系統……

兩年前，空中客車公司推出了幾種可能的飛機概念， 統稱為“zeroe” ，這有助于定義世界上第一架零排放商 用客機，該客機可能在 2035 年投入使用。雖然這些概念 探索了各種尺寸類別、空氣動力學布局和推進系統架構， 但它們都有一個共同點：它們是氫燃料的。其中三家公司的發動機使用氫氣燃燒來驅動燃氣輪機——類似于 今天渦輪風扇和渦輪螺旋槳發動機燃燒煤油的方式，但沒有后者的二氧化碳和顆粒物排放。

與此同時，第四架ZEROe概念飛機代表了一架高翼100座支線客機，其發動機吊艙上安裝了六個八葉螺旋槳，這一配置最近獲得了空中客車公司的專利。雖然表面上類似于渦輪螺旋槳發動機，但這些吊艙實際上包含氫燃料電池，氫燃料電池通過電化學反應產生電力，為電動機提供動力。正是在這種背景下，空中客車公司 一直在進行可行性研究和實驗室測試，以實現一種完全 工作的兆瓦級燃料電池發動機和演示機，該發動機和演示器可以在本十年中期（2026年左右）進行飛行測試。

該演示機于今年11月30日在空中客車峰會上首次公開宣布，將使用空客的多模態飛行測試平臺——標志性的A380 MSN001。這架飛機將在外部進行改裝，以搭載燃料電池發動機吊艙，而在飛機的后機身內部，空中客車公司將安裝一個獨特的低溫罐來容納液化氫。

它的工作原理

對于這個概念驗證演示器，來自低溫罐的液態氫被轉化為氣態。然后，通過從油箱延伸的供應線，并通過外部“短柱”空氣動力學和承載支撐結構，將其分配到燃料電池，到達發動機吊架接口。

（視頻截屏）

氣態氫從那里進入吊艙內的燃料電池，其中的氧分子也由來自周圍大氣的受控氣流提供。燃料電池內部產 生的反應產生直流電（DC），該直流電隨后通過逆變器轉換為交流電（AC）。吊艙前部附近的電動機通過將扭 矩傳遞給減速箱將電能轉換為機械能。在推進鏈的末端， 螺旋槳提供推力。燃料電池產生的熱能需要通過液體冷卻系統輸送到熱交換器，在熱交換器中熱能消散到環境空氣中。水也是電化學反應的副產物，從吊艙后部的出口排出。

（視頻截屏）

改裝A380

A380是氫燃料電池發動機演示機的“主機” 。空客零演示和測試主管 Mathias Andriamisaina表示：“它 內部有足夠的空間，因此在容納我們所需的一切以及測試多種配置方面沒有任何限制。” 。“就空氣動力學而言，A380是一架非常穩定的飛機。因此，通過短柱連接到后機身的吊艙不會造成太大問題。此外，吊艙及其螺旋槳的氣流不會影響 A380尾翼表面 的氣流， ”他補充道。

“對于A380，我們還有一架已經完全配備了儀器的飛機。飛行測試儀器是該項目的重要組成部分，在成本和規劃方面可能是一個很大的驅動因素。因此MSN001（這架A380出廠編號）非常適合我們。”

團隊確定的總體概念是在A380內部進行最小數量的結構改造。他指出：“我們只是加固機身的兩個框架， 然后從外部安裝這個短柱。然后我們安裝一個經過特殊改裝的掛架，將吊艙的結構連接到這個短柱上?？偟膩碚f，它將能夠支撐高持續的靜態和動態載荷。”

雖然大多數設備都安裝在飛機外部，但在飛機內部有團隊所說的“帳篷-tent”——一個10米長、4米寬、 截面呈拋物線狀的外殼，將由南特技術中心的空中客車 大西洋團隊用碳纖維復合材料制成。在該結構內部可以 容納多達四個包含液氫的低溫罐。在飛行測試期間，帳篷內的實際空氣將與飛機外的壓力相同。換句話說，安裝在這個帳篷里的設備只能“看到”大氣中沒有壓力的環境。這包括來自儲罐的氫氣供應線，該供應線直接從帳篷到支柱（也在南特制造），然后到外部安裝的吊艙 （將在空客位于圖盧茲圣埃洛伊的工廠組裝）。

Mathias解釋道：“使用這種方法可以避免任何氫氣進入 A380的主要加壓內部的風險，因為儲罐中的所有氫氣路線也將位于我們的保護性帳篷環境中。還有緊急排氣管線，因此如果需要，我們可以將氫氣從應急管線中排出。”

空客的其他“第一”

Mathias熱情地說道：“與配送中心和電機控制器有 關的一切都是在內部生產的——這是一項‘空客’活動。” “此外，推進系統、相關變速箱和變槳控制是 由我們自己的空客直升機公司以及國防和航天部門的同事開發的。這是空客公司第一次自己制造這樣的發動機，這是一個巨大的挑戰。” 空客公司的其他首次包括采用高達1000伏直流電 的高壓分布式電氣架構，以及創建定制的發動機控制系統——這將把機組人員指揮的推力轉化為實際軸功率。

接下來的工作

廣泛的地面測試活動已經在順利進行。示例包括電氣工作臺、熱管理系統和幾個燃料電池集成工作臺。從2024年起，將有更多的集成測試臺，如：一個燃料電池系統集成臺，具有 200kW的燃料電池堆和一個氣候室；用于發動機控制系統的功能集成臺（FIB- functional integration bench），以驗證真實接口和致動器；以及螺旋槳集成工作臺（PIB-Propeller Integration Bench ）。后者將探索螺旋槳變槳驅動齒輪箱集成、齒輪箱耐久性和部分葉片釋放測試。同時，新開發的燃料電池飛行演示機電源中心和電源轉換器將連接到A380“鐵鳥”試驗臺，以便將其與傳統的A380ATA第24章硬件（電源）集成。

同年晚些時候，還將有一個“鐵吊艙” 。該試驗臺將首次匯集各種關鍵成分：為兩臺電動機提供800kW的燃料電池功率；電動機控制單元；變速箱；新的高壓配電和轉換系統；“飛行”空氣供應和液體冷卻系統。

到2026年，在各種集成臺架測試之后，團隊將能夠在集成測試臺架（ITB-integrated test bench )中測試整個系統。這將包括飛行標準燃料電池艙，包括所有各種系統，當然還有螺旋槳。ITB 將于2024年建造，將連接到與A380 MSN001相同的飛行測試儀器，還將有一個位于同一地點的控制室，用于機組人員培訓。

Mathias宣稱：“從現在到2026年的飛行測試，我們面臨著很多挑戰，不僅在設計方面，而且在測試方面！” 。

附 圖 ：

注：根據網上資料新編輯。楊超凡 2023.9.10