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航空技术的前沿 空客推出划时代零排放概念机

2020-09-22 17:04:50 来源: 网易航空 网易号 举报
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昨日欧洲飞机制造商空中客车公司(Airbus)日前公布了三种可以实现零排放飞行的概念机。这些商用飞机旨在填补商用航空领域的所有细分市场,飞机制造商空客公司表示,它们可能准备在2035年开始服役。

这三款氢能源概念飞机,代号ZEROe。据空客表示这将是全球首款实现零排放的飞机,将改变未来的航空运输模式。客机依靠氢作为主要燃料来源,这当然也蕴藏着挑战。然而空客公司表示,相信氢气是一种具有前途的航空燃料,也是保护环境阻止气候变化的关键。

空客首席执行官Guillaume Faury在一份声明中评论道。“这是商业航空历史性的一刻,空客将在这一最重要的转型过程中发挥主导作用。今天公布的氢能源概念飞机让世界看到了空客致力于推动未来零排放飞行愿景的雄心。氢能源的使用,不论是作为混合燃料还是商业飞机的主要动力源,都将降低航空业对气候的影响。”

乍看之下,这三架最近发布的空中客车“概念”飞机似乎有种似曾相识的感觉,她们除了长而灵活的机翼外,外观与经典的商用飞机极为相似。其中一架类似于涡轮螺旋桨发动机的客机,其布置为六叶螺旋桨。另一架最特殊的为翼身融合或飞翼设计,这是一种革命性的设计。

但是仔细看,与和她们外观相似的前代飞机相比,她们具有一个改变游戏规则的特点那就是氢推进。在飞机上,氢推进有两种类型:氢燃烧和氢燃料电池。空中客车公司的三架零排放“概念”飞机(ZEROe)都是氢混合动力飞机。这意味着它们由改进的燃气涡轮机提供动力,该发动机燃烧液态氢作为燃料。同时,他们还使用氢燃料电池产生电能,从而形成了高效的混合动力推进系统。但是,每种方案在整合液态氢存储和分配系统方面都有略微不同的方法。空中客车公司的工程师已经概念化了集成解决方案,仔细考虑了每种飞机的挑战和可能性。

这三款概念飞机设计包括了单通道型、涡桨支线型、翼身融合型。


单通道型

单通道型概念飞机航程约2000海里,可搭乘120至200名旅客。飞机将使用改进的燃气涡轮发动机,完全使用氢能源作为燃料。氢气将安全的储存在机身尾部耐压舱中的储罐内。该飞机可能将成为A320飞机的继任者。燃气涡轮发动机:由两个混合氢氢涡轮发动机提供推力。液态氢存储和分配系统位于后压力隔板的后面。


涡桨支线型

涡桨支线型飞机可搭载约100名乘客,航程约1000海里,适合短途航线市场。涡轮螺旋桨:此概念机的液态氢存储和分配系统位于后压力舱壁的后面。但是,驱动六叶螺旋桨的两个混合氢氢涡轮螺旋桨发动机可提供推力。


翼身融合型

第三款为翼身融合型设计,可搭载200名旅客。空客表示,宽大的机身将为燃料的储存安放提供更多选择,也让客舱设计有了更多有趣的可能。此配置具有非常宽的内部空间,从而为氢气的存储和分配提供了多种选择。在该示例中,液态氢存储罐被存储在机翼下方。像涡扇飞机一样,两个混合氢涡扇发动机也提供推力。

氢:航空技术的下一个前沿

氢是地球上最丰富的元素。作为形成水的两个元素之一,它大量存在于海洋,河流,湖泊和大气中。

近年来,运输行业已使用氢气为各种形式的汽车,公共汽车,火车,自行车和摩托车提供动力。实际上,NASA 在1950年代就开始使用液态氢作为火箭燃料,并且是最早使用氢燃料电池为航天器电气系统供电的公司之一。

在航空领域,工程师们确定了三种氢能技术,它们可以为未来的飞机提供动力:

改进型燃气涡轮发动机中的氢气燃烧:

这项技术的工作方式与常规内燃机相同,后者通过燃烧天然气,煤油或其他燃料来产生动力(推力)。在这种情况下,氢气(液态或气态)可以简单地替代其化石燃料。

氢燃料电池:

这项技术是一种将存储在分子中的能量转换为电能的设备。在氧化过程中,氢原子与氧原子反应形成水,在此过程中,电子被释放出来并作为电流流过外部电路,从而有可能为电力或混合动力推进系统提供动力。

合成燃料:

这种零净碳燃料是通过可再生电力产生的氢气与二氧化碳结合产生的。该燃料已经可以添加到化石燃料中,并用于常规喷气发动机。


氢与“零排放”

氢是易燃的气态物质,如果通过电解从可再生能源中产生,则不会排放任何二氧化碳。在这种情况下,水和热量是唯一的副产品,在此过程中,不会产生除水蒸气以外的任何排放物。 氢气是一种能源载体,可以稳定由可再生能源或无碳能源(例如风力涡轮机和太阳能电池板)提供。由于可再生氢利用可再生能源,因此它被视为“更清洁”且更具可持续性。正是由于这个关键原因,航空工程师才将氢作为零排放飞机的潜在技术途径。在未来的几年中,随着航空工业生态系统评估氢气的技术和经济可行性,对氢气的研究有望成倍增加。

参考文献:

[1]Zero emissionBringing cleaner technology to aerospace[EB/OL]. https://www.airbus.com/innovation/zero-emission.html

[2]ZEROe Towards the world’s first zero-emission commercial aircraft[EB/OL]. https://simpleflying.com/the-rise-and-fall-of-kai-tak/

[3]Airbus Reveals Three Stunning Concepts For Zero Emission Aircraft

[EB/OL].https://simpleflying.com/airbus-zero-emission-concept-aircraft/

崔宇威 本文来源:网易航空 责任编辑:崔宇威_NBJS11349
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