當(dāng)代飛機所使用的內(nèi)燃式航空發(fā)動機，可以通過改裝升級，使用替代燃料，來實現(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項目探索氫燃料的應(yīng)用潛力，以此為未來鋪就發(fā)展之路。
當(dāng)世界上第一臺內(nèi)燃機投入使用時，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)計了幾輛以蒸汽為動力的汽車后，他開始嘗試使用具有爆燃特性的燃料來取代蒸汽。他的第一個試驗就是研究發(fā)動機氣缸內(nèi)燃料爆燃膨脹后推動活塞運動的基本原理。當(dāng)時，他使用氫氣和氧氣混合點火驅(qū)動內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)，試驗取得了初步成功。1807年，他將試驗原型發(fā)動機安裝在一架四輪馬車上，驅(qū)動馬車行駛了一段距離，此舉使這輛馬車獲得了“世界第一臺由內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車”的殊榮。
在過去的整個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，他們都對氫燃料內(nèi)燃機的可行性進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力的內(nèi)燃機設(shè)計專利。
如今，氫燃料發(fā)動機已經(jīng)被證明具有向從小轎車到公共汽車等各種車輛提供動力的能力。未來，氫燃料也可能為民用飛機提供動力。
氫燃燒的工作原理
燃燒是一個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)的氫在改進的燃氣渦輪發(fā)動機中燃燒來制造動力。這個過程與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機相同，只是用氫取代了其對應(yīng)的化石燃料。
點燃式發(fā)動機由一個固定的氣缸和一個或數(shù)個移動的活塞組成，其工作原理如下：
進氣過程中，燃料與空氣混合通過進氣門被吸入氣缸
隨后活塞壓縮燃料和空氣的混合物，并由火花塞點燃可燃氣
高溫高壓的燃氣推動活塞運動，從而轉(zhuǎn)動曲軸
就汽車而言，這種旋轉(zhuǎn)運動可以使車輪轉(zhuǎn)動
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力的唯一辦法，就是測試、測試、再測試。
——ZEROe飛機架構(gòu)負責(zé)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，這意味著在消耗同等空氣量時，所需要的氫燃料少于其他燃料。這會提高燃料經(jīng)濟性，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：與碳氫發(fā)動機相比，氫發(fā)動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）運行的試驗性民用飛機——圖-155試飛成功。這款飛機共進行了約100次試飛。
“要確定哪種氫技術(shù)最適合為ZEROe提供動力的唯一辦法，就是測試、測試、再測試。”空中客車ZEROe飛機架構(gòu)負責(zé)人Matthieu Thomas表示，“我們期待與大家分享在氫燃料方面進行跨行業(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，則需要對燃料存儲罐進行絕緣，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存液體推進劑，為太空探索提供動力。”空中客車防務(wù)與航天推進產(chǎn)品和儲罐負責(zé)人Renato Bellarosa表示，“因此，我們在損傷容限、先進制造技術(shù)和容器壓力測試方面擁有大量的專業(yè)知識，這些都是支持未來飛機推進系統(tǒng)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十年內(nèi)更接近實現(xiàn)將氫動力飛機送上藍天。”
原標(biāo)題：基礎(chǔ)知識｜走近下一代航空燃料——氫
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