氢能客机低温液氢储罐装机环境适应性研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2024.29870

氢能飞行器技术专栏

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氢能客机低温液氢储罐装机环境适应性研究进展

张永杰, 王鸿琛(), 崔博, 周静飘

西北工业大学民航学院，西安 710072

收稿日期:2023-11-13 修回日期:2023-12-12 接受日期:2024-01-08 出版日期:2024-01-16 发布日期:2024-01-15
通讯作者: 王鸿琛 E-mail:wanghc0523@mail.nwpu.edu.cn

Research progress in installation environment adaptability of cryogenic liquid hydrogen tanks for hydrogen-powered aircraft

Yongjie ZHANG, Hongchen WANG(), Bo CUI, Jingpiao ZHOU

School of Civil Aviation，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China

Received:2023-11-13 Revised:2023-12-12 Accepted:2024-01-08 Online:2024-01-16 Published:2024-01-15
Contact: Hongchen WANG E-mail:wanghc0523@mail.nwpu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

近几十年来，零排放的氢能飞机再次成为备受关注的焦点，为解决全球变暖问题提供重要路径。目前，正在研发的中短程氢能窄体飞机通常采用圆柱形罐体储存液氢并将液氢储罐集成在飞机的后机身。这些储罐必须能够在其寿命周期内所遇到的各种环境条件下实现其所有预定的功能和性能。首先，对氢能飞机的发展历程进行了系统文献综述，介绍未来氢能飞机的发展趋势。其次，重点梳理了后机身液氢储罐的装机环境适应性要求，以及在储罐设计阶段需要考虑的环境因素，同时提出了后机身非增压区域和储罐的安装结构在设计时需要特别注意的方面。最后，结合现有的氢燃料电池汽车的氢安全标准体系，探讨了未来氢能飞机的氢安全标准体系架构发展，同时总结并展望了储罐对后机身环境适应性和储罐安装结构的设计要求，为氢能客机液氢储氢系统的设计提供了技术支撑。

关键词: 氢能飞机, 低温液氢储罐, 环境适应性, 氢安全标准, 储罐安装结构

Abstract:

In recent decades， zero-emission hydrogen-powered aircraft have once again become the focus of attention， offering an important path to solving the global warming problem. Currently， short- or medium-range hydrogen-powered narrow-body aircraft under development typically use cylindrical tanks to store liquid hydrogen and integrate the liquid hydrogen storage tanks into the rear fuselage of the aircraft. These tanks must be able to fulfill all intended functions and performance under various environmental conditions encountered during their life cycle. This paper first provides a systematic literature review of the development history and introduces the future trends of hydrogen-powered aircraft. Then， it sorts out the requirements for the installation environmental adaptability of the aft fuselage liquid hydrogen storage tank and the environmental factors to be considered in the design stage of the tank， meanwhile proposing the aspects that need special attention in the design of the non-pressurized area of the aft fuselage and the installation structure of the storage tank. Finally， combining with the existing hydrogen safety standard system for hydrogen fuel cell vehicles， it discusses the development of the hydrogen safety standard system architecture for future hydrogen-powered aircraft， and summarizes and predicts the design requirements for the environmental adaptability of the tanks in the aft fuselage and the installation structure of the tanks to provide technical support for the design of the liquid hydrogen storage system of hydrogen-powered aircraft.

Key words: hydrogen-powered aircraft, cryogenic liquid hydrogen tanks, environmental adaptation, hydrogen safety standards, tank installation structures

中图分类号:

V223

张永杰, 王鸿琛, 崔博, 周静飘. 氢能客机低温液氢储罐装机环境适应性研究进展[J]. 航空学报, 2025, 46(9): 629870.

Yongjie ZHANG, Hongchen WANG, Bo CUI, Jingpiao ZHOU. Research progress in installation environment adaptability of cryogenic liquid hydrogen tanks for hydrogen-powered aircraft[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(9): 629870.

图/表 34

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表 6

车载氢气传感器性能要求

参数	性能
测量范围	氢气的体积浓度在1%~4%之间
误差	$±$ 10%
响应时间/s	$<$ 2
工作温度/℃	-40~+85

表 6

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189	施文博，蔡淳名，李德威，等. ISO/IEC、美日中氢能技术标准化体系比较与建议［J］. 化工进展， 2022， 41（12）： 6275-6284.
	SHI W B， CAI C M， LI D W， et al. ISO/IEC， American， Japanese and Chinese hydrogen technical standardization system： comparison and suggestions［J］. Chemical Industry and Engineering Progress， 2022， 41（12）： 6275-6284 （in Chinese）.
190	张灿，张明震. 氢能产业标准化体系：中外比较及启示［J］. 科技导报， 2022， 40（24）： 38-49.
	ZHANG C， ZHANG M Z. Hydrogen energy industry standardization system： Comparison and insights from China and abroad‍［J］. Science & Technology Review， 2022， 40（24）： 38-49 （in Chinese）.

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

序号	标准/文件号	标准/文件名称
1	SAE-ARP-4754	民用飞机和系统开发指南
2	SAE-ARP-4761	民用航空系统和设备安全评估程序指南和方法
3	SAE-AIR-7975	飞机燃油系统设计指南
4	SAE-AIR-7765	氢燃料电池在机载应用中的考虑因素
5	SAE-AIR-6464	氢燃料电池飞机的燃料电池安全指南
6	SAE-J2579	燃料电池和其他氢能汽车燃料系统标准
7	SAE-AS6858	在大型民用飞机上安装燃料电池系统
8	ANSI/AIAA G-095-2004	氢气和氢气系统安全指南
9	ISO/TS-15916	氢气系统安全的基本考虑因素
10	HB-6167-2014	民用飞机机载设备环境条件和试验方法
11	RTCA/DO-160G	机载设备的环境条件和测试程序
12	EUROCAE/ED-14G	机载设备的环境条件和测试程序
13	CCAR/FAR-25.561	应急着陆情况
14	CCAR/FAR-25.1309	设备、系统及安装
15	CCAR/FAR-25.963	燃油箱

类别	高度/m
A	4 600
B	7 620
C	10 700
D	15 200
E	21 300
F	16 800

环境试验	试验温度/℃
低温工作温度	-55
高温工作温度	+70
低温短时工作温度	-55
高温短时工作温度	+70
地面耐受低温	-55
地面耐受高温	+85

[1]	熊亮, 张睿, 龙彦志. 飞行器飞行大气数据传感技术发展现状与展望[J]. 航空学报, 2024, 45(5): 529670-529670.
[2]	王永庆. 固定翼舰载战斗机关键技术与未来发展[J]. 航空学报, 2021, 42(8): 525859-525859.
[3]	张礼学, 王中伟. 平流层飞艇环境适应性评价模型[J]. 航空学报, 2013, 34(4): 719-726.
[4]	李曙林;杨森;孙冬. 军用飞机环境适应性评价模型[J]. 航空学报, 2009, 30(6): 1053-1057.

氢能客机低温液氢储罐装机环境适应性研究进展

Research progress in installation environment adaptability of cryogenic liquid hydrogen tanks for hydrogen-powered aircraft

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参考文献 190

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