當(dāng)代飛機(jī)所使用的內(nèi)燃式航空發(fā)動(dòng)機(jī)，可以通過改裝升級(jí)，使用替代燃料，來實(shí)現(xiàn)更加環(huán)保的排放要求。如今，無論使用氣態(tài)燃料還是液態(tài)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(jī)項(xiàng)目探索氫燃料的應(yīng)用潛力，以此為未來鋪就發(fā)展之路。
當(dāng)世界上第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)投入使用時(shí)，它所采用的燃料并非汽油或柴油，而是氫氣。
1804年，瑞士發(fā)明家伊薩克•德•里瓦茲（Isaac de Rivaz）在成功地設(shè)計(jì)了幾輛以蒸汽為動(dòng)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(gè)試驗(yàn)就是研究發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃料爆燃膨脹后推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的基本原理。當(dāng)時(shí)，他使用氫氣和氧氣混合點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，試驗(yàn)取得了初步成功。1807年，他將試驗(yàn)原型發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在一架四輪馬車上，驅(qū)動(dòng)馬車行駛了一段距離，此舉使這輛馬車獲得了“世界第一臺(tái)由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車”的殊榮。
在過去的整個(gè)20世紀(jì)，無論是車企、院校，還是發(fā)明家甚至業(yè)余愛好者，他們都對(duì)氫燃料內(nèi)燃機(jī)的可行性進(jìn)行了各種各樣的研究測試。1970年，發(fā)明家保羅•迪格斯（Paul Dieges）甚至率先申請(qǐng)了一項(xiàng)以氫燃料為動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)專利。
如今，氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)被證明具有向從小轎車到公共汽車等各種車輛提供動(dòng)力的能力。未來，氫燃料也可能為民用飛機(jī)提供動(dòng)力。
為飛機(jī)提供動(dòng)力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是最現(xiàn)代的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
氫燃燒的工作原理：燃燒是一個(gè)從燃料和空氣混合物中釋放能量的化學(xué)過程。在氫的燃燒過程中，液態(tài)或氣態(tài)的氫在改進(jìn)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒來制造動(dòng)力。這個(gè)過程與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相同，只是用氫取代了其對(duì)應(yīng)的化石燃料。
點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)由一個(gè)固定的氣缸和一個(gè)或數(shù)個(gè)移動(dòng)的活塞組成，其工作原理如下：
• 進(jìn)氣過程中，燃料與空氣混合通過進(jìn)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(diǎn)燃可燃?xì)?br />
• 高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸
• 就汽車而言，這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)
要確定哪種氫技術(shù)最適合為我們的ZEROe零排放概念飛機(jī)提供動(dòng)力的唯一辦法，就是測試、測試、再測試。
——ZEROe飛機(jī)架構(gòu)負(fù)責(zé)人Matthieu Thomas
氫具有許多使其適合燃燒的獨(dú)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(shí)，所需要的氫燃料少于其他燃料。這會(huì)提高燃料經(jīng)濟(jì)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?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)相比，氫發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)
氫燃料已經(jīng)成為飛機(jī)的動(dòng)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(yùn)行的試驗(yàn)性民用飛機(jī)——圖-155試飛成功。這款飛機(jī)共進(jìn)行了約100次試飛。
30多年后的今天，航空業(yè)再次將注意力轉(zhuǎn)向使用氫燃料來為民用飛機(jī)提供動(dòng)力。空中客車ZEROe零排放概念飛機(jī)便是其中之一。我們將與各行各業(yè)的合作伙伴聯(lián)手，探索這項(xiàng)技術(shù)在民用飛機(jī)上應(yīng)用的潛力及其局限性。
“要確定哪種氫技術(shù)最適合為ZEROe提供動(dòng)力的唯一辦法，就是測試、測試、再測試。”空中客車ZEROe飛機(jī)架構(gòu)負(fù)責(zé)人Matthieu Thomas表示，“我們期待與大家分享在氫燃料方面進(jìn)行跨行業(yè)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(chǔ)存在飛機(jī)上。由于氫的獨(dú)特特性，這可能會(huì)是棘手的問題。例如，如果熱量通過傳導(dǎo)等因素傳遞到燃料中，則需要對(duì)燃料存儲(chǔ)罐進(jìn)行絕緣，以避免蒸發(fā)。這也是空中客車防務(wù)與航天的工程部門參與該項(xiàng)目的原因。該團(tuán)隊(duì)將與ZEROe項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在為期三年的合作項(xiàng)目中，為液氫低溫存儲(chǔ)罐的開發(fā)和工業(yè)化應(yīng)用提供支持。
“數(shù)十年來，航天業(yè)一直在使用壓力容器來儲(chǔ)存液體推進(jìn)劑，為太空探索提供動(dòng)力。”空中客車防務(wù)與航天推進(jìn)產(chǎn)品和儲(chǔ)罐負(fù)責(zé)人Renato Bellarosa表示，“因此，我們在損傷容限、先進(jìn)制造技術(shù)和容器壓力測試方面擁有大量的專業(yè)知識(shí)，這些都是支持未來飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)液氫儲(chǔ)罐研發(fā)的關(guān)鍵。這樣的跨行業(yè)合作將使我們在未來十年內(nèi)更接近實(shí)現(xiàn)將氫動(dòng)力飛機(jī)送上藍(lán)天。”
