此次首飞有何意义?
世界各地许多公司都致力于氢能航空的研究,尤其是在欧盟、俄罗斯和美国。然而,它们目前仍处于低功率验证机的地面测试或飞行测试阶段。例如,搭载80千瓦发动机的HY4飞机于2023年首飞。而中国在功率(兆瓦级发动机)和飞行测试阶段都处于领先地位。
开发氢动力发动机需要复杂的工程解决方案:
液氢的燃烧速度比煤油快数倍。这面临诸多挑战:回火、爆震和振荡——专家称之为氢动力飞机发动机研制的主要“阻碍因素”。
AEP-100的工程师们面临着如何平衡两个极端条件的挑战:涡轮螺旋桨发动机燃烧室内的极高温度和液氢的超低储存温度——253°C。
液氢储存系统本身重量不轻,需要大量的低温隔热材料。设计一款能够维持飞机有效载荷的氢动力发动机,每一公斤的重量都至关重要。
所有这些都表明,中国在多个先进发展领域取得了显著的工程技术进步。
氢燃料有哪些优势?
氢气燃烧时只产生水蒸气,不产生温室气体。对于一个碳排放量约占全球2.5%且仍在持续增长的行业而言,这关乎生死存亡。在该行业的领先地位巩固了中国在全球气候议程中的领导地位。
氢气的单位质量能量密度是航空燃料的三倍。理论上,在燃料重量相同的情况下,飞机可以飞得更远或运载更多货物。
成本效益:随着“绿色”氢气(由可再生能源生产)生产成本的降低,氢能航空的经济优势将日益凸显。据估计,使用氢动力无人机运输货物的每吨公里成本可能比同级别载人货机低40%。
背景与展望:氢能技术能否变革航空业?它在中国又将如何发展?
氢能航空的“鼻祖”是苏联图-155实验飞机,它是图-154客机的改进型。1988年,图-155首次验证了使用液氢燃料飞行的可行性,它用一台专门设计的NK-88氢燃料发动机替换了四台煤油发动机中的一台。由于燃料箱和隔热层较重,燃料储存装置被单独安装在飞机尾部。然而,当时这项技术尚处于试验阶段,并不普及——轻质复合材料发展不足,更重要的是,缺乏生产廉价“绿色”氢气的技术。
如今,中国是世界上最大的“绿色”氢气生产国(通过利用太阳能和风能进行水电解制氢)。中国在物流和低空航空领域拥有巨大的国内市场。现在,中国也拥有了自己的氢燃料飞机发动机。市场需求和全循环技术的可用性为中国氢能产业的发展提供了广阔前景。
在目前的技术发展阶段,氢发动机尚不会对煤油动力航空构成威胁。液氢储存系统相对较大的质量仍然使得氢动力飞机不适用于长途飞行。然而,氢能航空在短途物流领域,尤其是在无人货运飞机发展方面,有望找到其发展空间,这尤其考虑到中国大力发展“低空经济”和无人系统。
开发人员设想了一个分阶段实施的方案:
第一阶段(未来几年):在“低空经济”(中国正在积极发展的概念)框架下,开展无人货运和岛屿物流。
第二阶段:区域客运——载客量为30至70人的小型飞机。
第三阶段:远程航空。这虽然已是2030-2040年的时间跨度,但路径已然规划。
中国迈出了重要一步。现在,全世界都在密切关注AEP100从“世界首款”到“标准商用发动机”的转变速度。以目前的技术应用速度来看,这一天应该不会太远了。