杏彩体育官网入口网址:【行业动态】空客也造发动机——燃料电池发动机

　　具有低温储存的氢动力燃料电池发动机结构可能会出现在一架全新的零排放飞机中，该飞机将于 2035 年 投入使用。空中客车公司已经在不到四年的时间里设计、建造和演示这样一个兆瓦级的推进系统。

　　两年前，空中客车公司推出了几种可能的飞机概念，统称为“zeroe”，这有助于定义世界上第一架零排放商用客机，该客机可能在 2035 年投入使用。虽然这些概念 探索了各种尺寸类别、空气动力学布局和推进系统架构，但它们都有一个共同点：它们是氢燃料的。其中三家公司的发动机使用氢气燃烧来驱动燃气轮机——类似于今天涡轮风扇和涡轮螺旋桨发动机燃烧煤油的方式，但没有后者的二氧化碳和颗粒物排放。

　　与此同时，第四架 ZEROe 概念飞机代表了一架高翼 100 座支线客机，其发动机吊舱上安装了六个八叶螺旋桨，这一配置最近获得了空中客车公司的专利。虽然表面上类似于涡轮螺旋桨发动机，但这些吊舱实际上包含氢燃料电池，氢燃料电池通过电化学反应产生电力，为电动机提供动力。正是在这种背景下，空中客车公司一直在进行可行性研究和实验室测试，以实现一种完全工作的兆瓦级燃料电池发动机和演示机，该发动机和演示器可以在本十年中期（2026 年左右）进行飞行测试。

　　该演示机于今年 11 月 30 日在空中客车峰会上首次公开宣布，将使用空客的多模态飞行测试平台——标志性的 A380 MSN001。这架飞机将在外部进行改装，以搭载燃料电池发动机吊舱，而在飞机的后机身内部，空中客车公司将安装一个独特的低温罐来容纳液化氢。

　　对于这个概念验证演示器，来自低温罐的液态氢被转化为气态。然后，通过从油箱延伸的供应线，并通过外部“短柱”空气动力学和承载支撑结构，将其分配到燃料电池，到达发动机吊架接口。

　　气态氢从那里进入吊舱内的燃料电池，其中的氧分子也由来自周围大气的受控气流提供。燃料电池内部产生的反应产生直流电（DC），该直流电随后通过逆变器转换为交流电（AC）。吊舱前部附近的电动机通过将扭 矩传递给减速箱将电能转换为机械能。在推进链的末端，螺旋桨提供推力。燃料电池产生的热能需要通过液体冷 却系统输送到热交换器，在热交换器中热能消散到环境空气中。水也是电化学反应的副产物，从吊舱后部的出口排出。

　　A380 是氢燃料电池发动机演示机的“主机”。空客零演示和测试主管 Mathias Andriamisaina 表示：“它内部有足够的空间，因此在容纳我们所需的一切以及测试多种配置方面没有任何限制。”

　　“就空气动力学而言，A380 是一架非常稳定的飞机。因此，通过短柱连接到后机身的吊舱不会造成太大问题。此外，吊舱及其螺旋桨的气流不会影响 A380 尾翼表面的气流，”他补充道。

　　“对于 A380，我们还有一架已经完全配备了仪器的飞机。飞行测试仪器（FTI- flight-test-instrumentation）是该项目的重要组成部分，在成本和规划方面可能是一个很大的驱动因素。因此 MSN001（这架 A380 出厂编号）非常适合我们。”

　　团队确定的总体概念是在 A380 内部进行最小数量的结构改造。他指出：“我们只是加固机身的两个框架，然后从外部安装这个短柱。然后我们安装一个经过特殊改装的挂架，将吊舱的结构连接到这个短柱上。总的来说，它将能够支撑高持续的静态和动态载荷。”

　　虽然大多数设备都安装在飞机外部，但在飞机内部有团队所说的“帐篷-tent”——一个 10 米长、4 米宽、截面呈抛物线状的外壳，将由南特技术中心的空中客车大西洋团队用碳纤维复合材料制成。在该结构内部可以容纳多达四个包含液氢的低温罐。在飞行测试期间，帐篷内的实际空气将与飞机外的压力相同。换句话说，安装在这个帐篷里的设备只能“看到”大气中没有压力的环境。这包括来自储罐的氢气供应线，该供应线直接从帐篷到支柱（也在南特制造），然后到外部安装的吊舱（将在空客位于图卢兹圣埃洛伊的工厂组装）。

　　Mathias 解释道：“使用这种方法可以避免任何氢气进入 A380 的主要加压内部的风险，因为储罐中的所有氢气路线也将位于我们的保护性帐篷环境中。还有紧急排气管线，因此如果需要，我们可以将氢气从应急管线中排出。”

　　Mathias 热情地说道：“与配送中心和电机有关的一切都是在内部生产的——这是一项‘空客’活动。”。“此外，推进系统、相关变速箱和变桨控制是由我们自己的空客直升机公司以及国防和航天部门的同事开发的。这是空客公司第一次自己制造这样的发动机，这是一个巨大的挑战。”

　　空客公司的其他首次包括采用高达 1000 伏直流电的高压分布式电气架构，以及创建定制的发动机控制系统——这将把机组人员指挥的推力转化为实际轴功率。

　　广泛的地面测试活动已经在顺利进行。示例包括电气工作台、热管理系统和几个燃料电池集成工作台。从 2024 年起，将有更多的集成测试台，如：一个燃料电池系统集成台，具有 200kW 的燃料电池堆和一个气候室；用于发动机控制系统的功能集成台（FIB- functional integration bench），以验证真实接口和致动器；以及螺旋桨集成工作台（PIB-Propeller Integration Bench ）。后者将探索螺旋桨变桨驱动齿轮箱集成、齿轮箱耐久性和部分叶片释放测试。同时，新开发的燃料电池飞行演示机电源中心和电源转换器将连接到 A380“铁鸟”试验台，以便将其与传统的 A380 ATA 第 24 章硬件（电源）集成。

　　同年晚些时候，还将有一个“铁吊舱”。该试验台将首次汇集各种关键成分：为两台电动机提供 800kW 的燃料电池功率；电动机控制单元；变速箱；新的高压配电和转换系统；“飞行”空气供应和液体冷却系统。

　　到 2026 年，在各种集成台架测试之后，团队将能够在集成测试台架（ITB-integrated test bench ）中测试整个系统。这将包括飞行标准燃料电池舱，包括所有各种系统，当然还有螺旋桨。ITB 将于 2024 年建造，将连接到与 A380 MSN001 相同的飞行测试仪器，还将有一个位于同一地点的控制室，用于机组人员培训。

　　Mathias 宣称：“从现在到 2026 年的飞行测试，我们面临着很多挑战，不仅在设计方面，而且在测试方面！”

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