靈雀H　商飛新能源的一場“氫”夢

易寒

2019年3月10日，中國商飛新能源驗證機靈雀H在鄭州上街機場試飛成功，飛機飛行平穩(wěn)，全系統(tǒng)狀態(tài)良好，符合仿真預期，作為動力源的氫燃料電池動力系統(tǒng)，得到充分驗證。至此，從2019年1月以來靈雀H新能源驗證機，開展了4個構(gòu)型10架次的試飛任務圓滿完成，標志著中國商飛未來民機在新能源領域的探索取得實質(zhì)進展。

靈雀H的神奇之處

作為以氫作為燃料的驗證飛機，靈雀H究竟有哪些神奇的地方呢？

據(jù)了解，靈雀H驗證機翼展6米，創(chuàng)新性地采用了氫燃料電混合動力技術(shù)，是為了驗證以氫燃料電池為主、鋰電池為輔的混合動力技術(shù)在飛機上的使用。

據(jù)中國商飛北研中心預研總師楊志剛介紹：“氫是非常豐富的化學元素，氫能源可通過太陽能、風能等可持續(xù)能源獲取并存儲。通過使用氫氣作為能量來源，可以在未來構(gòu)建一個低碳可持續(xù)的交通運輸體系。這是世界航空制造業(yè)努力的重要方向之一?！?/p>

靈雀H驗證機的4個構(gòu)型涵蓋固定式和可收放2種起落架及V尾、T尾、常規(guī)尾3種不同尾翼構(gòu)型，均采用了大展弦比支撐翼氣動布局，有效提升了包括飛機飛行航時在內(nèi)的飛行性能。經(jīng)過迭代改進，靈雀H驗證機航時超過24小時。

靈雀H驗證機大量地應用了增材制造（3D打?。┘夹g(shù)、復合材料技術(shù)，實現(xiàn)了飛機減重，向工程應用方向發(fā)展。

對于比較受關(guān)注的氫燃料的安全性問題，靈雀H驗證機研發(fā)項目組參考了此前美國邁阿密大學Swain博士曾經(jīng)進行過的氫燃料汽車（左）與傳統(tǒng)汽車安全對比試驗。實驗過程中，在空曠場地，由于氫氣快速上升擴散，火焰反而距離車體較遠。因此，在設計和使用得當?shù)那闆r下，氫汽車不比傳統(tǒng)汽車更危險。

既然氫燃料電池汽車已經(jīng)接近普及，那么將這類產(chǎn)品移楦到飛機上也許是一種創(chuàng)新可能！

一次科技跨界融合的成功案例

據(jù)悉，靈雀H驗證機由中國商飛夢幻工作室聯(lián)合國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司（以下簡稱國家電投氫能公司）共同發(fā)起研制，珠海格力精密模具有限公司（以下簡稱格力精密模具）和北京航空航天大學航空科學與工程學院（以下簡稱北航航空科學與工程學院）參研，充分體現(xiàn)了強強聯(lián)合與敏捷開發(fā)的特點。

以電動飛機為代表的新能源飛行器是中國商飛夢幻工作室的探索方向之一。這類飛機無污染、能耗低、噪音少，符合人類對未來交通工具的期待;但與此同時，國內(nèi)外研究也發(fā)現(xiàn)，人類現(xiàn)有電池能量密度比較低（簡單理解就是電不夠用）。A320那樣大小的客機如果使用（鋰）電池做能源，載荷可能只有一半，而航程更是將縮短到1/4，不具備實用條件，因此新型電池或許是更好選擇。

國家電投氫能公司所從事的正是氫燃料電池研究。氫燃料電池可以簡單理解成利用氫氣“燃燒”產(chǎn)生電力的設備，只不過“燃燒”過程沒有明火，安全可控;氫氣“儲能”巨大，常常被用作火箭燃料，如果用來驅(qū)動飛機，更是不用擔心“腿短”的問題;另外，氫氣“燃燒”后的產(chǎn)物是水，環(huán)保無污染。

依托戰(zhàn)略合作平臺，格力精密模具則承擔了靈雀H驗證機機頭、發(fā)動機、短艙等復雜機構(gòu)件制造。通過應用3D打印技術(shù)，顯著降低了飛機結(jié)構(gòu)重量和部件數(shù)，縮短了加工周期。

靈雀H驗證機實現(xiàn)了敏捷開發(fā)。通過與北航航空科學與工程學院聯(lián)合研發(fā)的模型管理平臺（Vision-center），探索了基于系統(tǒng)工程（MBSE）的集成研制，采用了模塊化的設計理念，從立項到首飛，僅用了5個月時間。

節(jié)能減排倒逼航空新能源科技發(fā)展

數(shù)據(jù)顯示，未來幾十年間，石油將仍是第一能源，而交通運輸業(yè)是其最主要消耗方。航空業(yè)作為交通運輸?shù)闹匾M成部分，無疑更加稱得上是“吃油老虎”。

另一方面，近年來，航空業(yè)的發(fā)展始終受制于燃料因素，原油價格的大幅波動、供需矛盾的激化甚至地區(qū)局勢的緊張都會最終影響整個行業(yè)的穩(wěn)定，風險隱伏。

除此以外，從環(huán)境保護而言，未來數(shù)以萬計的通用飛機翱翔藍天不僅會產(chǎn)生巨大的燃油消耗代價，其排放除了二氧化碳更對大氣環(huán)境構(gòu)成巨大威脅。

這些挑戰(zhàn)使得尋求可再生清潔能源已經(jīng)迫在眉睫。而當節(jié)能減排成為全球共識，當尋求綠色能源的科技浪潮日益高漲，新能源飛機何時起飛？

對此，復旦大學新能源研究院院長趙東元院士坦言，找到可承擔飛機動力重任的新能源，從技術(shù)上說不難，關(guān)鍵點在經(jīng)濟性。

在航空領域，不像其他工業(yè)部門一樣擁有現(xiàn)成的可替代能源使用。比如發(fā)電行業(yè)可以利用風能、水利、核燃料，陸上交通工具也能夠靈活使用更節(jié)能高效的氫動力、電力等。

航空業(yè)本身軟硬件的“大塊頭”，令能源升級換代的成本更為高昂：新型燃料的技術(shù)成本、設備改造的硬件成本，甚至大規(guī)模替代必然引發(fā)的管理優(yōu)化成本、人群習慣帶來的隱性成本，這些都對新能源的探索和推廣提出了難以回避的要求?？梢哉f，若沒有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，任何一種液體燃料想要最大可能地替代石油，都是極其困難的，發(fā)達國家如此，發(fā)展中國家更是如此。

據(jù)了解，下一步，中國商飛夢幻工作室、國家電投氫能公司、格力精密模具、北航航空科學與工程學院將以新能源飛機為平臺，繼續(xù)開展靈雀H驗證機其他新構(gòu)型及新技術(shù)應用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探索。