Airlander10:零碳航空的未来

轻于空气的“天空登陆者飞行器”再次出现在人们的视野中，它带有混合动力，将复合材料和可持续性提升到了一个新的高度。

“天空登陆者10号”的首次飞行。图片来源:HAV

飞艇旅行自从19世纪晚期开始一直在商业航空中保持着一个特殊的地位。自首次亮相以来，他们一直从事客运、货运以及应用于商业。最近在国防监视、豪华旅游和货物运输方面又有了新的、更重要的进展，这些很大程度上彰显了飞艇在日益壮大的城市空中交通(UAM)市场的潜力。

混合动力空中飞行器(HAV,Bedford, U.K.)是一家大型公司，该公司通过开发“空中登陆者10号”混合动力空中飞行器来锁定这个利基市场。这架双壳飞机大面积使用复合材料，由一个非刚性外壳(主要结构是容纳加压氦气，使飞行器呈椭圆形)、四个煤油燃烧发动机和底部连接的有效载荷模块组成。飞行器通过氦气浮力、空气动力升力(来自气流)和矢量推力的组合来实现短距起飞/降落(STOL)或保持在高空状态。飞行器内部的气球充满空气，随着温度和高度的变化而膨胀和收缩。据HAV公司介绍，“空中登陆者10号”的飞行范围为4000海里，最高时速为130公里/时，可以在空中飞行5天。

CW杂志此前曾报道过“空中登陆者10号”的复合材料使用情况，并再次与该公司联系，以便了解这些材料和技术在飞机上的使用情况。HAV的首席技术官Mike Durham表示复合材料的应用非常广泛：“飞行器外壳是复合材料，它是由一层聚氨酯弹性体材料制成的。由于它没有抗压强度，所以很有弹性。外壳是一种多层层压板，由液晶聚合物(LCP)、聚脂薄膜和聚氟乙烯薄膜组成，用于提高强度、保留氦气和提高耐用年限。

复合材料与“空中登陆者10号”的所有刚性结构一起发挥作用，包括尾翼部件，该部件由一家未公开名称的国际公司提供的编织玻璃纤维预浸料制成，并在低温下用热压罐(OOA)真空固化。有效载荷模块，后推进器导管和前桥架采用碳纤维预浸料，也经过低温OOA固化处理。

Durham说：“在过去的8到10年里，我们开发了这些流程。甚至最基本的有效载荷模块也有23米长，4米半宽，所以这是一个很大的结构。你永远也无法为它专门造一个高压罐，这就是为什么我们淘汰了高压罐方案的原因。”

HAV有三到四个主要的全球供应商，这些供应商为“空中登陆者10号”生产复合结构，HAV负责组装和集成。但Durham表示虽然无法透露供应商名称，但其许多供应商将设在英国。

走向绿色

Durham表示“空中登陆者”的潜力不仅在于使用先进材料，该公司还致力于整合燃料电池技术，以实现超低碳和零碳运营。

在“空中登陆者”的浮力提升和四个煤油发动机方面，目前该飞行器比传统的固定翼或旋翼飞机减少75%的二氧化碳排放。致力于零碳航空，HAV一直在朝着逐步采用发动机电气化的方向努力。

Durham说：“当初我们打算在2030年实现全电动、方便操作的空中登陆者。我们目前正在开发一种飞机，在每个角落都安装煤油发动机。我们希望到2025年能实现这一“版本”。但对我们来说，电气化的第一步是实现我们所谓的混合电动配置。”这种配置将前置电动和后置煤油发动机结合起来，可减少90%的碳排放。

图片来源:HAV

为了实现这些目标，由2019年赠款资助的E-HAV1项目与英国柯林斯航空航天公司(Collins Aerospace)和英国诺丁汉大学(Nottingham, U.K.)合作开发了电力推进技术，包括用于地面测试的全尺寸500千瓦(kW)电力推进器原型。Durham说，这是HAV与氢燃料电池技术合作的催化剂。

Durham说：“我们已经为我们的产品做了大量的内部研究，目前我们认为氢是最清洁的能源选择。目前我们采用质子交换膜技术，将氢气在加压或低温形式下通过质子交换来产生电能。”

然而，对于HAV来说，氢燃料电池的采用有这着其长期和短期的挑战，氢燃料电池仍是一个新兴行业。Durham表示：“我们面临的最大挑战之一是找到合适的合作伙伴，拥有一定的信誉，让我们作为一个企业来管理我们的风险，并能在我们需要的时候提供我们想要的东西。”

另一个挑战是，生产出来的大部分是蓝色氢，虽然据称更清洁，但并不符合该公司的零排放预期。Durham补充说：“我迫切希望供应商使用风力涡轮机或太阳能电池板发电，以尽可能低的二氧化碳排放成本来制造绿色氢。”

HAV将注意力集中在加压氢的使用，因为它具有较低的风险，但Durham指出，该公司可能在2030年之前整合低温/液态氢技术，而不需要太多的改动。不管怎样，他说，“空中登陆者”最初将需要能在大约600巴的温度下储存氢气的储氢罐，并且是最轻的，因为我们负担不起再携带额外的哪怕一公斤的重量。Durham说，使用复合压力容器来储存氢气是可能的，特别是储存低温/液态氢。

“天空登陆者”的未来

在成功的飞行测试计划和7级技术准备水平(TRL)下，HAV的“空中登陆者10号”即将进入生产阶段。此外，HAV还获得了英国民航局(CAA)的设计机构(DOA)和生产机构(POA)批准。现在，这架飞行器的目标是获得全球运行的型号认证(TC)。

此外，根据Durham的说法，“天空登陆者10号”的未来是广阔的，这是大势所趋。他表示：“毫无疑问，当时(2018-2019年)豪华旅游是我们需要拓展的市场。但是当流行病袭来时，旅游业受到了特别的打击，所以我们不得不重新评估我们的市场。我们看到旅游业正在复苏，绿色生态旅游对我们来说将是一个重要的市场，但我们也将这次(大流行病)视为一个机会，着眼于其他关键的销售市场” Durham指出，城市空中交通是一个强大的潜在市场，也可用于监视(军事和民用)和货运应用。

“这项技术在很多市场都有使用机会。这是一个非常激动人心的时刻，我们正在研究一种超级高效的飞行器，我们期待着在今年晚些时候启动这个项目。”

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