一、背景与战略意义    

中国将氢能视为实现“双碳”目标的核心抓手之一。2022年《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》明确将航空领域列为氢能应用的重要方向。根据工信部数据，航空业碳排放占中国交通领域总排放量的10%-15%，氢能因其零碳排放和高能量密度的特性（液态氢能量密度达120MJ/kg，是航空煤油的2.8倍），成为航空脱碳的关键技术路径。 

二、技术路线与核心突破    

氢燃料动力系统

氢内燃机

项目案例：沈阳航空航天大学杨凤田院士团队研发的四座氢内燃飞机（2024年首飞）

技术参数：搭载2.0L氢燃料内燃机，功率120kW，储氢系统容量30kg（35MPa），续航200公里，核心部件国产化率超80%。

突破意义：全球首款四座氢内燃飞机，验证了氢能航空器的适航性，NOx排放<10ppm（接近零排放）。    

图1  四座氢内燃飞机RX4HE原型机（120kW）成功首飞    

氢燃料电池

项目案例1：北京航空航天大学“氢动一号”全电发动机（2024年）采用燃料电池直吹冷却技术，系统重量降低30%，输出功率50kW，续航时间4小时（较锂电池提升1倍），工作温度范围-30℃至50℃。适用于无人机及小型载人飞机。

图2  搭载“氢动一号”全电发动机的无人机

项目案例2：“天目山一号”是由天目山实验室主导研发的全球首款百公里级氢动力长航程多旋翼无人机，2024年1月完成-40℃极寒环境首飞，成为首款极低温长航时多旋翼无人机,2024年8月在杭州北航国际校园实现4小时续航突破，并完成高原、山地等复杂环境验证，旨在解决工业无人机在续航、耐低温及环保性能上的行业痛点。      

图3  “天目山一号”多旋翼无人机          

表1 “天目山一号”技术参数表    

氢燃料涡轮发动机       

项目案例：中国航发四川燃气涡轮研究院联合西南石油大学唐鋆磊教授团队研发的氢燃料涡轮发动机供氢系统，是我国首套针对航空涡轮发动机设计的氢燃料供给系统，填补了国内技术空白， 这套系统为我国首台自主研发的200公斤级推力氢燃料航空涡轮发动机。2024年6月首次地面点火与完成全部地面试车提供了关键支撑。

技术参数：支持0.5-40MPa压力跨度、0.1-200kg/h流量跨度，适配200公斤级推力发动机。

突破意义：突破高压供氢动态响应技术，填补国内空白。          

图4  兆瓦级氢燃料涡轴发动机展台模型    

图5  我国首套氢燃料航空涡轮发动机与供氢系统展台模型

液氢储运与基础设施

项目案例：中国航天科技集团六院101所千秒级液氢液氧发动机试验

技术参数：液氢纯度>99.999%，漏热率<0.5W/m³，试验时间1000秒。

突破意义：全球首个千秒级高空模拟试验平台，为载人登月火箭及航空发动机提供技术储备。  

项目案例：国家能源集团纳日松光伏制氢项目（2024年）

技术参数：年产绿氢1万吨，电解效率65%，制氢成本<20元/kg。

突破意义：全国首个万吨级绿氢项目，推动航空氢燃料规模化供应。

适航认证与标准化

北京氢能通用航空创新研究院（以下简称“研究院”）作为中国氢能航空领域的核心研发机构，于2024年完成国内首款氢内燃机的适航认证，并建成通用航空氢动力装配生产线，标志着我国氢能航空动力技术从实验室验证迈向产业化应用阶段

研究院联合北京海卓臻氢航动力科技有限公司，在延庆区建成国内首条通用航空氢内燃机专用装配线，年产能达50台。生产线涵盖核心部件制造（如氢燃料喷射系统、耐高压储氢罐）、整机组装及测试环节，实现80%以上国产化率，打破国际技术垄断    

此外研究院与北京锐翔通用飞机制造有限公司合作，依托延庆区的氢能产业基础（如纳日松光伏制氢项目），构建“制氢-储运-应用”全链条生态。延庆区作为中国民航局首批“民用无人驾驶航空试验区”，为氢能航空器试飞提供政策支持与空域资源。首款认证机型计划于2025年投入低空经济试点，应用于短途通勤、物流运输及应急救援等领域。未来将适配eVTOL（电动垂直起降飞行器）平台，目标载重500kg、航程300km，推动城市空中交通（UAM）发展。

三、产业链协同与示范应用    

产业链布局

上游制氢：国家能源集团、中石化等企业推动绿氢规模化生产，2024年绿氢产能突破5万吨/年。

中游储运：航天氢能科技研发70MPa碳纤维储氢瓶，储氢密度达5.5wt%（国际领先水平）。

下游应用：延伸至港口航运、通用航空、城市空中交通、工业巡检及绿色能源交易等多领域。

区域示范

北京：大兴国际氢能示范区规划航空氢能测试基地，聚焦低温液氢加注技术。

上海：临港新片区设立氢基绿色能源交易所，完成80吨绿色甲醇船对船加注（2024年）。

广东：粤港澳大湾区启动氢能eVTOL（电动垂直起降飞行器）试飞，目标载重500kg、航程300km。    

四、挑战与未来方向

技术瓶颈

储氢密度：当前储氢系统质量占比约30%，需突破6wt%以上目标（对标美国能源部标准）。

低温材料：液氢储存需耐-253℃的合金材料，国内高性能铝合金（如Al-Li合金）仍依赖进口。

燃烧稳定性：氢燃料涡轮发动机燃烧室易回火，需优化旋流器设计（参考GE Catalyst发动机技术）。

基础设施

全国仅建成固定式加氢站540座（2024年数据），其中适配航空的液氢加注站不足10座。

国际合作

中欧合作：参与欧盟“清洁航空”（Clean Aviation）计划，联合开发氢燃料混合动力支线客机。

中美竞争：美国Joby Aviation氢动力eVTOL已实现400公里航程，倒逼中国加快技术迭代。

五、总结

中国氢能航空技术已实现从“实验室验证”到“原型机首飞”的跨越，未来十年，随着液氢储运成本下降（目标<10元/kg）和适航标准体系完善，中国有望在支线航空、通用航空领域率先实现氢能商业化，并逐步向干线航空扩展，成为全球氢能航空技术的重要引领者。    

本文内容来源于氢声析语等公开信息，“新能源技术与装备”整理，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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