9月26日-9月27日，2024（第三届）新能源航空国际论坛在北京举行，本次论坛旨在为航空业绿色转型和可持续发展奠基。

一、碳排放也在“上方”发生

传统上飞机所用燃料主要是航空煤油，其成分包括不同馏分的烷烃、芳香烃和烯烃等碳氢化合物，航空煤油燃烧后会向大气中排放二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳等有害气体。为实现航空业的碳减排目标，开发包括氢燃料在内的清洁能源，发展可持续的航空技术，已成为当下航空领域最炙手可热的研究方向之一。各航空强国均已出台氢能航空发展规划，主流飞机制造商和发动机制造商也都在积极开展氢能航空相关技术研究。

二、空中大角逐：氢动力VS传统动力

与传统航空煤油相比，氢燃料给航空业带来的最大好处就是可以大大降低二氧化碳及其他温室气体的排放，甚至可能实现“零碳飞行”。此外，氢的能量密度是航空煤油的3倍，具有更好的燃烧特性，在消耗相同空气时，所需要的氢燃料也更少。在使用氢燃料后，还可以降低燃烧温度，提高热效率，减少能量损失。

我国自主研制的第一架以氢内燃机为动力的通航飞机（图片来源：新华社）

然而，氢作为飞机燃料，在使用时还存在一些缺点。众所周知，氢气是自然界中分子量最小、密度也最低的气体，极易压缩和膨胀。这种体积密度小和易燃易爆的特性导致氢的储存和运输十分困难。相比于传统的航空煤油，需要4倍体积的液氢燃料或6倍体积的压缩氢气才能产生相同的能量。

三、扬长避短，混合电推进

当前实现氢动力飞行主要有两种方式，其一，燃气涡轮发动机直接燃烧氢气，即氢燃料飞机；其二，采用氢燃料电池电推进，即氢电池飞机。

氢燃料飞机，主要采用氢燃料替换传统航空煤油，对飞机和推进系统的整体改动量较小，可充分利用燃气涡轮发动机的成熟技术。但飞机上“寸土寸金”，如何在不改变总体布局的前提下，在有限的空间里研制出质量轻、隔热好、强度高的氢储存箱成了关键问题。

与氢燃料飞机相比，氢电池飞机在飞行过程中会非常安静，不再有发动机轰鸣的侵扰。但氢电池飞机由于采用了电池、电动机及电力电子设备组成的电动系统，因而在飞机总体结构设计上与传统飞机存在根本性的差异，需要结合电动系统的特点重新进行整体布局设计。

氢电池飞机主要依靠螺旋桨的旋转来产生推力，这就难免限制了其在高空高速飞行上的应用。除此之外，尽管通过氢燃料电池与电动机相结合，可以提高氢的能量使用效率，但与同样清洁高效的锂离子电池相比，氢燃料电池在功率密度、动态响应特性和综合成本上仍存在很大进步空间。

总体看，氢燃料飞机与氢电池飞机各有优缺点，也都有暂时难以突破的技术瓶颈。不少研究者认为，将氢燃料燃气涡轮发动机与氢燃料电池组合形成混合电推进系统，让氢燃料发动机只在额定功率下运行并发电，由电驱系统进行功率调节，可以有效地扬长避短，充分发挥氢燃料燃气涡轮发动机与氢燃料电池的优势。因此，氢燃料混合电推进方式被认为是未来氢能发动机的主要发展方向。

作者：朱磊 中国航发湖南动力机械研究所高级主任设计师

审核：邓晓涛 中国航发湖南动力机械研究所高级工程师