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ZEROe——Airbus将推出清洁无碳飞机

ZEROe——Airbus将推出清洁无碳飞机

作者: 塔拉夏的面具 | 来源:发表于2020-09-29 14:43 被阅读0次

2035年之前,世界上第一架零排放商用飞机可能会翱翔天空。为了将这一愿景变为现实,空客公司正在探索“改变游戏规则”的概念机——以氢为燃料的ZEROe系列。她将使用颠覆性的节能减排技术,甚至有可能将飞机排放量减少50%。

ZERO Emmision 三种概念机

单从外观方面,三架概念机很难称得上独特。但在动力方面却有一个共同的特征——氢能源动力。对此,空客公司零排放飞机副总裁Glenn Llewellyn说到:

仅仅五年前,氢能源还没有进入我们探索清洁航空能源的视野。而来自其他运输行业的数据逐渐说服了我们,并改变我们的决定。如今,我们为氢能源在航空节能减排方面具备的巨大潜力而感到兴奋。

近期,欧洲各国针对后新冠(Post Covid-19)时代的航空业的发展提出了新的要求,清洁高效成为其中的重点。为迎合这一理念,空客公司提出了Zero Emission愿景。该愿景旨在利用革命性的减排技术,改善当前日益严峻的气候形势。而该项技术必须通过空客内部极为严苛的测评。空客内部评估显示,氢能源方案大概率会脱颖而出,氢能源有潜力减少航空领域至少50%的温室气体排放。

三种ZEROe概念机的特征参数

目前可以用于飞机的氢动力有两种形式:氢燃烧(Hydrogen Combustion)和氢燃料电池(Hydrogen Fuel Cell)。空客公司的三架零排放概念机——ZEROe——具备二者混动能力。这意味着它们不仅可以使用以液态氢为燃料的燃气涡扇或涡浆发动机,而且还可以利用氢燃料电池生成辅助电能,从而形成高效的混合动力推进系统。每种方案整合液态氢存储及分配的技术和方法均存在细微差异。为此,空客的工程师们已经针对三种机型形成了概念化的集成解决方案,并考虑了每种机型可能存在的问题和优势。

氢燃料涡轮螺旋桨型概念机

上图为搭载两台混合氢燃料八桨叶涡轮螺旋桨发动机的Turboprop概念机,液态氢存储和分配系统位于机身尾段压力隔板之后。

氢燃料涡轮风扇翼身混合型概念机

上图为翼身混合型(Blended Wing Body)概念机,她具有更宽的内部空间,从而为液态氢的存储和分配提供了更多选择。该示例中,液态氢存储舱被设置在机翼下方,并由两台混合氢涡扇发动机提供推力。

氢燃料涡轮风扇型概念机

与涡浆概念机机类似,Turbofan型概念机的液态氢存储和分配系统位于机身尾段压力舱壁后。但以两台混合氢燃料涡轮风扇发动机为动力。

针对概念机的外观设计选择,空客公司工程执行副总裁杜蒙特(Jean-Brice Dumont)解释说:

氢燃料的体积能量密度与常规航空煤油不同,因此我们必须开发新的结构和气动布局以适应液氢燃料在机体的储存和分配。这意味着未来我们的零排放飞机会有一些特别的地方。 而现有的三种外观设计为我们提供了令人兴奋的选择,也为进一步探索提供了参照。

如果氢动力技术能够以预期的方式发展下去,则被空客给予厚望的零排放商用飞机有望在2035年下线并获得适航认证。

为了实现这个雄心勃勃的目标,空客公司将在2025年前启动ZEROe计划。这意味着空客的工程师们只有五年的时间去完善氢动力在航空领域的应用技术。据估计,空客将在接下来的几个月中分别针对氢燃烧动力和氢燃料电池动力技术正式推出模拟测试程序。通多项模拟测试,空客将有希望确定最适合氢动力的外形。预计第一台ZEROe原型机将于2020年代末完成。

目前,主要的挑战在于找到能够适应极低温度条件的安全储存和分配液态氢的技术。空客公司没有过多理会人们对氢能源不安全的担忧,而是呼吁增加在新能源基础设施领域的投入。尽管氢能源的概念早在70年代就已经提出,但氢的大规模应用仍然十分昂贵。氢能源支持者相信,基础设施领域的不断投入以及清洁能源需求的增长将推动成本的降低。今天使用的大多数氢气都是从天然气中提取的,这依然会产生一定量碳排放。空客强调用于航空领域的氢燃料将既可以通过再生能源产生,也可以通过电解水提取。如果使用可再生电能,这将属于无碳工艺。但就目前的技术水平,其价格会更高。

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