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氢能源就是未来? ——空客氢能源客机项目分析

时间:2020-11-10 09:29来源:E通航 作者:中国航空

 


  今年9月,空客公司首次详细地发布了代号为“ZEROe”的3款零排放商用客机概念方案。3款新型客机概念虽然采用了不同的空气动力学构型和动力系统配置形式,但都是氢作为主要能源。按照空客公布的发展计划,新型氢动力客机将于2035年投入运营,届时将成为全球首型零排放商用客机。

  关于未来的发展路线,上述3个方案在设计上也更多地借鉴了现有成熟理念和技术,目标是能够在实现2035年商业运营。为此,空客公司专门设计了2020~2025年技术路线图中,聚焦关键技术,以探索和评估上述概念方案的可行性。

  空客的氢能源飞机技术路线图主要包括以下步骤:2021年进行地面演示;2023年氢燃料技术验证机首飞;2024年确定氢燃料飞机选型;2025年氢燃料验证机首飞;2035年氢燃料飞机交付;将氢燃料推广应用到空客全系产品,包括直升机产品;在大型客机上采用氢能源。

  不过,作为市场上竞争对手,波音对于氢动力客机的的态度不如空客乐观。就在空客发布3款方案的第二天,波音发布消息称,由于技术监管方面的障碍和技术不确定性,氢动力客机的开发前景和应用可行性目前尚不明朗。

  波音公司认为,虽然氢能源具有独特的应用前景,但是该技术的推广仍面临很大困难,主要的难题是氢燃料的生产和存储问题。几十年来,航空航天业已经对当前涡轮发动机所需的煤油燃料有了全面认知,对安全存储、运输、使用这种传统燃料积累了丰富经验。但是,氢燃料与传统煤油燃料有本质区别。如何安全、有效地使用氢燃料,还需要政府监管机构、研制厂商等共同协作,实现管理措施、关键技术等方面的创新突破。目前,氢能源相关的理论、知识、应用等研究课题仍存在很多未知领域。

  弃电重氢,空客藏着野心?

  在氢燃料的生产和存储问题上,其实空客与波音有着相同的观点。回到氢动力客机这个话题上,空客要想在2035年将其推向市场,还面临着技术、监管以及合作伙伴三大难关。空客在公布3款方案的同时,曾经表示除飞行器方案设计及关键技术之外,氢能源飞机也对基础设施提出了全新的要求。特别是氢能源的生产、存储、运输和加装,都需要专门的基础设施配合。

  尽管如此,空客还是要选择氢动力客机这条路线,主要原因就是电池技术的发展在未来很长一段时间内都无法满足需要,电驱动客机无法达到商业运营的水平。因此,空客公司决定将研发重点转移到氢动力技术领域,以达到未来更经济、更洁净航空运输的目的。

  空客的氢动力客机方案公布之后,行业内众说纷纭,有观点认为这背后潜藏着空客全面超越波音的野心。波音737MAX迟迟无法恢复生产和交付,波音777X有可能因取证问题而推迟一年交付,市场信誉严重受损,公司负债率居高不下,这些都将对波音造成沉重打击,即使恢复也不再是之前的波音。在这样的背景下,空客公司也许从中嗅到了超越波音的机遇,如果能够先于波音推出面向未来市场的新产品,也必将在未来的竞争中取得领先优势。

  空客公司在9月发布“ZEROe”计划时表示,在未来的15年里,电池性能的提升可能无法满足空客的需求。正因为如此,面对新冠肺炎疫情在航空业内引起的一连串的危机,空客决定借机调整其技术路线和投资方向,在今年初果断终止了E-Fan X混合电动飞机验证机项目,同时也终止了BAE Avro RJ100混合电动飞机的下一步改装和测试,转而将氢能作为未来商用客机的主要动力能源。

  在叫停E-FAN X验证机项目之前,空客已将在电动飞机领域投入了大量资金进行了超过10年的研发。2012年,空客推出了第一架全电驱动技术验证机——E-FAN,该机整合了赛峰、西门子等多家大公司的先进技术,在当时引起了巨大的轰动,很多人将其视为空客即将发展电动客机的风向标。2015年的巴黎航展上,升级版的双座型E-FAN2.0问世,空客同时宣布将利用在E-FAN项目上取得的技术成果,加快混合电推动支线客机的研制(不超过100座级),并计划在2050年投入市场。

  在这之后的两年里,空客在纯电推动和混合电推动方面一度有过摇摆,最终将技术路线确定为混合电推动,E-FAN项目升级为E-FAN X。而随着西门子、罗罗等公司相继加入E-FAN X项目,空客混合电推动客机可谓前景可期。2019年,罗罗公司收购了西门子公司的混合电推进航空动力业务,与空客一到成为E-FAN X项目的两大合作伙伴。

  之后不久,空客和罗罗达成协议,在BAE系统公司RJ100支线客机的基础上换装一台2兆瓦电动机,进行混合电推动支线客机技术验证,其中空客负责飞机的设计、改装和测试,罗罗负责发电机、配电系统、电机以及辅助动力系统等试验和测试。

  所以,在E-FAN X项目被叫停之前,改装之后的RJ100已经进行了大量的试飞,按照计划将在接下来换装罗罗的混合电推进动力系统进行时首飞。就在这时,空客突然对外宣布叫停E-FAN X项目,5个月之后,氢能源客机项目出台。

  “环球氢能”,会成为什么角色?

  提到空客的氢能源客机项目,不能不提到一个人,他就是空客前首席技术官保罗·埃里蒙科。

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