當代飛機所使用的內燃式航空發(fā)動(dòng)機，可以通過(guò)改裝升級，使用替代燃料，來(lái)實(shí)現更加環(huán)保的排放要求。如今，無(wú)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?？罩锌蛙?chē)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(lái)鋪就發(fā)展之路。
當世界上第一臺內燃機投入使用時(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）在成功地設計了幾輛以蒸汽為動(dòng)力的汽車(chē)后，他開(kāi)始嘗試使用具有爆燃特性的燃料來(lái)取代蒸汽。他的第一個(gè)試驗就是研究發(fā)動(dòng)機氣缸內燃料爆燃膨脹后推動(dòng)活塞運動(dòng)的基本原理。當時(shí)，他使用氫氣和氧氣混合點(diǎn)火驅動(dòng)內燃機運轉，試驗取得了初步成功。1807年，他將試驗原型發(fā)動(dòng)機安裝在一架四輪馬車(chē)上，驅動(dòng)馬車(chē)行駛了一段距離，此舉使這輛馬車(chē)獲得了“世界第一臺由內燃機驅動(dòng)的汽車(chē)”的殊榮。
在過(guò)去的整個(gè)20世紀，無(wú)論是車(chē)企、院校，還是發(fā)明家甚至業(yè)余愛(ài)好者，他們都對氫燃料內燃機的可行性進(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）甚至率先申請了一項以氫燃料為動(dòng)力的內燃機設計專(zhuān)利。
如今，氫燃料發(fā)動(dòng)機已經(jīng)被證明具有向從小轎車(chē)到公共汽車(chē)等各種車(chē)輛提供動(dòng)力的能力。未來(lái)，氫燃料也可能為民用飛機提供動(dòng)力。
為飛機提供動(dòng)力的渦扇發(fā)動(dòng)機是最現代的燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機
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(guò)程。在氫的燃燒過(guò)程中，液態(tài)或氣態(tài)的氫在改進(jìn)的燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機中燃燒來(lái)制造動(dòng)力。這個(gè)過(guò)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(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機由一個(gè)固定的氣缸和一個(gè)或數個(gè)移動(dòng)的活塞組成，其工作原理如下：
• 進(jìn)氣過(guò)程中，燃料與空氣混合通過(guò)進(jìn)氣門(mén)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)燃可燃氣
• 高溫高壓的燃氣推動(dòng)活塞運動(dòng)，從而轉動(dòng)曲軸
• 就汽車(chē)而言，這種旋轉運動(dòng)可以使車(chē)輪轉動(dòng)
要確定哪種氫技術(shù)最適合為我們的ZEROe零排放概念飛機提供動(dòng)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(zhù)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)濟性，降低燃燒溫度，減少通過(guò)排氣排放的氮氧化物等污染物量。
• 自燃溫度高：與碳氫發(fā)動(dòng)機相比，氫發(fā)動(dòng)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(guò)程中損失的能量越小。
測試氫燃料技術(shù)
氫燃料已經(jīng)成為飛機的動(dòng)力來(lái)源之一。1988年，世界上第一架使用液化氫氣（后來(lái)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(jìn)行了約100次試飛。
30多年后的今天，航空業(yè)再次將注意力轉向使用氫燃料來(lái)為民用飛機提供動(dòng)力?？罩锌蛙?chē)ZEROe零排放概念飛機便是其中之一。我們將與各行各業(yè)的合作伙伴聯(lián)手，探索這項技術(shù)在民用飛機上應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(chē)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(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存在飛機上。由于氫的獨特特性，這可能會(huì )是棘手的問(wèn)題。例如，如果熱量通過(guò)傳導等因素傳遞到燃料中，則需要對燃料存儲罐進(jìn)行絕緣，以避免蒸發(fā)。這也是空中客車(chē)防務(wù)與航天的工程部門(mén)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(kāi)發(fā)和工業(yè)化應用提供支持。
“數十年來(lái)，航天業(yè)一直在使用壓力容器來(lái)儲存液體推進(jìn)劑，為太空探索提供動(dòng)力。”空中客車(chē)防務(wù)與航天推進(jìn)產(chǎn)品和儲罐負責人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(zhuān)業(yè)知識，這些都是支持未來(lái)飛機推進(jìn)系統液氫儲罐研發(fā)的關(guān)鍵。這樣的跨行業(yè)合作將使我們在未來(lái)十年內更接近實(shí)現將氫動(dòng)力飛機送上藍天。”
