灵雀H 商飞新能源的一场“氢”梦

易寒

2019年3月10日，中国商飞新能源验证机灵雀H在郑州上街机场试飞成功，飞机飞行平稳，全系统状态良好，符合仿真预期，作为动力源的氢燃料电池动力系统，得到充分验证。至此，从2019年1月以来灵雀H新能源验证机，开展了4个构型10架次的试飞任务圆满完成，标志着中国商飞未来民机在新能源领域的探索取得实质进展。

灵雀H的神奇之处

作为以氢作为燃料的验证飞机，灵雀H究竟有哪些神奇的地方呢？

据了解，灵雀H验证机翼展6米，创新性地采用了氢燃料电混合动力技术，是为了验证以氢燃料电池为主、锂电池为辅的混合动力技术在飞机上的使用。

据中国商飞北研中心预研总师杨志刚介绍：“氢是非常丰富的化学元素，氢能源可通过太阳能、风能等可持续能源获取并存储。通过使用氢气作为能量来源，可以在未来构建一个低碳可持续的交通运输体系。这是世界航空制造业努力的重要方向之一。”

灵雀H验证机的4个构型涵盖固定式和可收放2种起落架及V尾、T尾、常规尾3种不同尾翼构型，均采用了大展弦比支撑翼气动布局，有效提升了包括飞机飞行航时在内的飞行性能。经过迭代改进，灵雀H验证机航时超过24小时。

灵雀H验证机大量地应用了增材制造（3D打印）技术、复合材料技术，实现了飞机减重，向工程应用方向发展。

对于比较受关注的氢燃料的安全性问题，灵雀H验证机研发项目组参考了此前美国迈阿密大学Swain博士曾经进行过的氢燃料汽车（左）与传统汽车安全对比试验。实验过程中，在空旷场地，由于氢气快速上升扩散，火焰反而距离车体较远。因此，在设计和使用得当的情况下，氢汽车不比传统汽车更危险。

既然氢燃料电池汽车已经接近普及，那么将这类产品移楦到飞机上也许是一种创新可能！

一次科技跨界融合的成功案例

据悉，灵雀H验证机由中国商飞梦幻工作室联合国家电投集团氢能科技发展有限公司（以下简称国家电投氢能公司）共同发起研制，珠海格力精密模具有限公司（以下简称格力精密模具）和北京航空航天大学航空科学与工程学院（以下简称北航航空科学与工程学院）参研，充分体现了强强联合与敏捷开发的特点。

以电动飞机为代表的新能源飞行器是中国商飞梦幻工作室的探索方向之一。这类飞机无污染、能耗低、噪音少，符合人类对未来交通工具的期待;但与此同时，国内外研究也发现，人类现有电池能量密度比较低（简单理解就是电不够用）。A320那样大小的客机如果使用（锂）电池做能源，载荷可能只有一半，而航程更是将缩短到1/4，不具备实用条件，因此新型电池或许是更好选择。

国家电投氢能公司所从事的正是氢燃料电池研究。氢燃料电池可以简单理解成利用氢气“燃烧”产生电力的设备，只不过“燃烧”过程没有明火，安全可控;氢气“储能”巨大，常常被用作火箭燃料，如果用来驱动飞机，更是不用担心“腿短”的问题;另外，氢气“燃烧”后的产物是水，环保无污染。

依托战略合作平台，格力精密模具则承担了灵雀H验证机机头、发动机、短舱等复杂机构件制造。通过应用3D打印技术，显著降低了飞机结构重量和部件数，缩短了加工周期。

灵雀H验证机实现了敏捷开发。通过与北航航空科学与工程学院联合研发的模型管理平台（Vision-center），探索了基于系统工程（MBSE）的集成研制，采用了模块化的设计理念，从立项到首飞，仅用了5个月时间。

节能减排倒逼航空新能源科技发展

数据显示，未来几十年间，石油将仍是第一能源，而交通运输业是其最主要消耗方。航空业作为交通运输的重要组成部分，无疑更加称得上是“吃油老虎”。

另一方面，近年来，航空业的发展始终受制于燃料因素，原油价格的大幅波动、供需矛盾的激化甚至地区局势的紧张都会最终影响整个行业的稳定，风险隐伏。

除此以外，从环境保护而言，未来数以万计的通用飞机翱翔蓝天不仅会产生巨大的燃油消耗代价，其排放除了二氧化碳更对大气环境构成巨大威胁。

这些挑战使得寻求可再生清洁能源已经迫在眉睫。而当节能减排成为全球共识，当寻求绿色能源的科技浪潮日益高涨，新能源飞机何时起飞？

对此，复旦大学新能源研究院院长赵东元院士坦言，找到可承担飞机动力重任的新能源，从技术上说不难，关键点在经济性。

在航空领域，不像其他工业部门一样拥有现成的可替代能源使用。比如发电行业可以利用风能、水利、核燃料，陆上交通工具也能够灵活使用更节能高效的氢动力、电力等。

航空業本身软硬件的“大块头”，令能源升级换代的成本更为高昂：新型燃料的技术成本、设备改造的硬件成本，甚至大规模替代必然引发的管理优化成本、人群习惯带来的隐性成本，这些都对新能源的探索和推广提出了难以回避的要求。可以说，若没有明显的经济优势，任何一种液体燃料想要最大可能地替代石油，都是极其困难的，发达国家如此，发展中国家更是如此。

据了解，下一步，中国商飞梦幻工作室、国家电投氢能公司、格力精密模具、北航航空科学与工程学院将以新能源飞机为平台，继续开展灵雀H验证机其他新构型及新技术应用和产业化发展探索。