2023年9月7日，德国氢电飞机制造商H2FLY宣布已成功完成全球首次完全由液氢驱动的载人电动飞机试飞。H2FLY的HY4验证机在本次测试任务中共计飞行了四次，其中最长的一次飞行持续了3个小时。HY4在过去的几年间已经多次进行了搭载气态氢燃料的试飞，而本次试飞是首次使用液氢作为燃料，理论最大航程增加了1倍，从750公里增加到1500公里。本次试飞标志着全球航空业向着零排放、可持续的目标迈出了重要一步。

 

 

01  HY4氢动力验证机

 

HY4是一款四座氢燃料电池动力飞机，由H2FLY公司、德宇航（DLR）共同设计并制造，氢燃料电池系统则由DLR和Hydrogenics公司联合开发。HY4于2016年9月29日在德国斯图加特机场首飞。HY4基于Pipistrel公司的Taurus G4飞机改装而成，长度7.4米，翼展21.36米，设计巡航速度145千米/小时，最大速度200千米/小时，设计航程750到1500公里。

 

HY4验证机（第一代）测试飞行

 

 

 

HY4采用双机身设计，每个机身可以容纳2名乘客，通过飞机中部的动力舱连接。动力舱内集成了电动机和低温氢燃料电池，两个储氢罐分别放置在两个机身内。HY4配备了一台输出功率为80kW的电动机，同时搭载了一块容量为21kWh的锂电池（连续输出功率45kW），可以在飞机的起飞和爬升阶段提供额外的电力供给。早期的HY4使用了气态氢燃料，存储压力为4300到5800psi，而2023年9月的试飞首次使用了液氢作为燃料。在早期使用气态氢燃料的版本中，HY4的最大起飞重量为1500千克，其中电源模块和储氢罐的重量约为400千克。

 

 

HY4验证机动力系统架构

 

 

 

02   H2FLY的发展历程

 

 

2015年，来自德宇航（DLR）和德国乌尔姆大学的工程师创立了H2FLY公司，致力于开发氢燃料电池飞机动力系统，以开启零排放、可持续航空旅行的新时代。H2FLY的首架验证机HY4在2016年首飞，并在随后的数年里不断改进和测试，到2020年已经发展到第六代氢燃料电池动力总成系统。

 

2021年4月，美国著名eVTOL制造商Joby秘密收购了 H2FLY公司，这笔收购直到2022年6月才被公布。Joby的CEO乔本·贝维尔特表示，氢燃料电池动力系统可以为航空运输业提供安全、静谧、零排放的飞行动力解决方案。本次收购说明Joby已经将氢燃料电池作为未来eVTOL飞机的潜在能源解决方案之一，而目前Joby和大部分eVTOL企业选择锂电池作为飞机的能量来源。

 

2022年3月，德意志飞机公司（Deutsche Aircraft）和H2FLY宣布将联合开展Dornier 328涡桨支线飞机的氢燃料电池动力改装项目，预计在2025年首飞。H2FLY的CEO约瑟夫·卡洛表示，联合改装项目已于今年1月启动，由德国经济事务和气候行动部资助，目标是将兆瓦级的氢电动力系统集成到Dornier 328飞机上。H2FLY负责开发1.2到1.5兆瓦的氢燃料电池和液氢存储系统，随后将与德意志飞机公司共同完成整机改装和集成测试。尽管另一家知名的氢能航空解决方案供应商环球氢能（Universal Hydrogen）早在2021年便与德意志飞机公司合作开发模块化储氢系统，但H2FLY表示环球氢能并未参与到Dornier 328的改装项目中。

 

Dornier 328氢燃料电池概念机

 

2023年6月，H2FLY公布了最新的H2F-175燃料电池系统，升级后的氢燃料电池动力系统可以在27000英尺（约合8230米）的高空提供完整的动力输出，满足40 座、2000公里航程支线飞机的动力需求，目标功率水平为2兆瓦。

 

搭载H2F-175燃料电池系统的支线飞机概念图

 

2023年9月，H2FLY的HY4验证机完成试飞。本次试飞的里程碑意义在于其完全由液氢驱动，与之相比，今年1月试飞的ZeroAvia 多尼尔228氢动力验证机使用的是气态氢燃料，而3月试飞的环球氢能Dash 8-300氢动力验证机仅有单侧的发动机改装为氢燃料电池动力系统，另一侧仍然是原有的涡轮螺旋桨发动机提供动力。

 

HY4验证机（第六代）完成使用液氢燃料的首次试飞

 

H2FLY正在展示HY4验证机上的液氢罐

 

 

 

03   欧盟HEAVEN项目

 

 

H2FLY的HY4验证机研发受到了欧盟HEAVEN项目的资助。HEAVEN项目是欧盟“地平线2020”研究创新计划的一部分，同时也得到了欧盟“氢燃料电池联合项目”（FCH 2 JU）的资金支持。HEAVEN项目的成员单位还包括Air Liquide（低温液氢存储罐供应商）、Pipistrel Vertical Solutions（主机制造商）、德事隆（储氢罐集成和测试）、德宇航DLR（氢燃料电池和系统架构集成和测试）等等。

 

 

 

04    H2FLY带来的启示

 

 

从“洁净天空”到“地平线2050”，从环球氢能、ZeroAvia到H2FLY，欧洲航空业正在低碳和可持续的道路上一步接一步向前迈进。参与欧盟HEAVEN项目的多家企业和研究机构高管表示，HY4验证机搭载液氢燃料的成功试飞证明了液氢在航空领域的广阔潜力，伴随储氢、燃料电池、辅助系统等技术的不断进步，氢动力变革最终将会成为航空史上的一项重要成就。

 

 

 

2023年是全球氢能航空发展的“大年”，欧洲航空业正是其中最为活跃的玩家。1月，ZeroAvia研制的氢燃料电池验证机Dornier 228完成首飞；3月，环球氢能研制的氢燃料电池验证机Dash 8-300完成首飞；9月，H2FLY的HY4验证机完成携带液氢燃料的试飞。除此以外，法国Beyond Aero氢动力公务机、莱昂纳多混合动力支线飞机、Destinus氢动力超声速客机等项目在今年集中亮相，使得氢能航空的舞台愈发热闹起来。上述企业现阶段的主要目标是推出满足CS-23部和CS-25部的氢动力飞机，尽快实现商业化。按照目前的发展趋势和各家企业的规划，这一目标很可能在2025年前后成为现实。

对于我国的航空产业来说，氢能航空已不再是远在天边的幻影，而是可能即将来到身边的现实。如果氢能引发的航空动力变革真的到来，中国航空业是成为一名参与者还是旁观者，是像过去一百年间传统民航业发展过程中那样始终处于追赶阶段，还是能够在新变革新机遇中抢得先机，这个问题的答案取决于我们今日的选择。我国的航空企业应当秉承积极参与、合理投入、超前布局的发展原则，开展技术论证和国产民用飞机的氢动力改装工作，探索符合我国国情的新能源航空发展道路。