氫氣作為化石燃料的無二氧化碳替代物,幾十年來一直存在,用于儲氫的碳纖維增強復(fù)合材料壓力容器的增長無疑是在上升。在2020年,氫氣成為一項任務(wù),被歐盟委員會確定為到2050年實現(xiàn)歐洲可持續(xù)經(jīng)濟(jì)和氣候中立的歐盟綠色協(xié)議的一個關(guān)鍵優(yōu)先事項。氫氣在航空領(lǐng)域的關(guān)鍵事件包括:
氫氣作為一種燃料來源,無論在哪個行業(yè),都取決于各種運輸、輸送和儲存技術(shù)的快速發(fā)展,這些技術(shù)雖然新穎但發(fā)展迅速。將這些技術(shù)商業(yè)化并不簡單,但相關(guān)技術(shù)難點正在逐步突破。
由前空客公司和聯(lián)合技術(shù)公司的首席技術(shù)官Paul Eremenko于2020年共同創(chuàng)立,環(huán)球氫能公司的目標(biāo)是通過提供氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施,幫助過渡到以氫為動力的航空。一個關(guān)鍵部件是其燃料模組,包括碳纖維增強復(fù)合材料雙氫氣儲存罐模組。環(huán)球氫能公司將根據(jù)需要向現(xiàn)場提供模組,因此不需要氫氣儲存基礎(chǔ)設(shè)施,環(huán)球氫能公司首席技術(shù)官J.P. Clarke解釋說,這些模組只需像電池或廚房用品一樣裝入飛機進(jìn)行運輸。
環(huán)球氫能公司已經(jīng)首先為50座的Dash 8和ATR渦輪螺旋槳支線飛機開發(fā)了模組。這些模組將具有7英尺長、3英尺直徑的罐子,使用碳纖維儲罐可在850巴的壓力下容納H2氣體,達(dá)到50公斤/立方米的密度,或者使用絕緣金屬罐在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下容納液體氫氣,達(dá)到71公斤/立方米的密度。盡管液氫儲罐具有更高的容積效率,但絕緣但未冷卻的儲罐必須在42小時內(nèi)使用,因為液氫如果不保持在-253℃就會蒸發(fā)。這兩種類型的油箱都將位于一個輕質(zhì)的、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的復(fù)合材料模組內(nèi),該模組還提供抗沖擊性和一些承重能力。
氫氣罐將包括一個不透水的聚合物襯墊,上面包裹著干碳纖維編織層和凱芙拉芳綸纖維保護(hù)外層。襯墊解決了滲透性問題,而碳纖維處理了環(huán)形和軸向載荷,外層加上框架可以防止損壞,沒有必要使用樹脂,因此重量和厚度都減少了。這種集成的罐體和框架設(shè)計,當(dāng)與罐體各層的功能映射相結(jié)合時,使我們在質(zhì)量分?jǐn)?shù)方面得到了一些明顯的改善。
質(zhì)量分?jǐn)?shù)是通過將儲存的氫氣質(zhì)量除以整個模組的質(zhì)量來計算的,因此質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大越好。環(huán)球氫能公司做了一個非常廣泛的貿(mào)易研究,在Dash 8和ATR飛機的背景下研究質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積效率。他們研究了燃料的體積和重量與這些飛機所能容納的東西、可實現(xiàn)的航程和最大起飛重量、重量分布等。用850巴的氫氣氣體,可以用45分鐘的儲備飛行約400海里,用液氫油箱飛行約550海里。然而,渦輪螺旋槳飛機任務(wù)的平均階段長度約為300海里。因此用氣態(tài)氫氣系統(tǒng)使用碳纖維增強復(fù)合材料油箱,可以來完成可以實現(xiàn)更加持久的續(xù)航。
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