2024年1月29日，沈航通航研究院新能源研制的四座氢内燃飞机RX4HE原型机（120kW）在沈阳市法库财湖机场成功首飞，标志着RX4HE飞机具备了在通航机场运营的条件。
氢动力飞机已不再遥不可及。
RX4HE飞机
01
氢动力飞机产业发展背景
双碳是氢动力飞机产业发展的第一推动力
当前，航空产业依然保持迅猛发展态势，航空器的数量和飞行小时数也在逐年增加，产生的CO2排放量约占全球总量的3%，引起了各国的高度重视。
据国际能源协会（International Energy Agency, IEA）统计，2019年世界航空业碳排放总量达到近109t，占碳排放总量的2.8%。气候行动追踪组织将航空业碳中和发展目标进展评为“严重不足”。如不抓紧控制，到2050年，全球航空业碳排放将达到2019年的2~3倍。
为大幅降低航空业碳排放，国际民航组织（ICAO）提出国际航空碳抵消和减排计划（CORSIA）（2016年）。该计划是首个全球性的行业减排市场机制，要求全球航空业2035年CO2排放量不超过2020年的水平（即碳达峰），2050年的CO2排放量应达到2005年水平的50%以下（即碳中和）。
低空经济助力氢动力飞行器的发展
在空域政策、经济政策、行业政策等多重政策支持下，我国通用航空业持续快速发展，低空经济领域企业增速快。
根据中国民用航空局发布的《2022年民航行业发展统计公报》，截至2022年底，中国拥有获得通用航空经营许可证的传统通用航空企业661家，获得经营许可的无人机通用航空企业数量达到15130家。
低空经济市场发展潜力大，有望形成万亿级市场规模。根据赛迪顾问发布的《中国低空经济发展研究报告（2024）》显示，2023年中国的低空经济市场达到5059.5亿元，同比增长33.8%。随着产业布局加快推进，未来市场规模有望高速增长，据其乐观预计，2026年中国低空经济规模有望达到10644.6亿元，2024-2026 年 CAGR+28.1%。
图 1：中国低空经济市场规模
来源：赛迪顾问
面对着巨大的低空经济规模，未来，低空经济将在航空领域占据着一席之位，将带动着无人机产业链的发展，而伴随着全球及国家低碳、绿色发展的理念，也将助力氢动力无人机的发展。
氢动力飞机实现路径
氢燃料用作航空动力有两种基本途径：一是通过对传统涡轮发动机进行改进，使其能够燃烧氢燃料为飞机提供动力；二是通过氢燃料电池发电，由电机带动推进器（风扇或螺旋桨）产生动力。
（1）氢涡轮发动机
氢涡轮发动机包含两种形式，分别是氢涡轮风扇发动机和氢涡轮电动风扇发动机。氢涡轮风扇发动机的结构与现役航空涡轮发动机基本相同，氢燃料在燃烧室内燃烧，推动涡轮并带动风扇产生推力；氢涡轮电动风扇发动机则是通过涡轮带动发电机发电，电驱动电机带动风扇产生推力。
现有传统航空发动机结构并不适合燃氢，氢燃料燃烧时温度高、火焰传播快，容易产生过量氮氧化物且容易发生回火现象，导致无法实现氢的稳定燃烧。为了提高氢燃料发动机的工作效率，需要对传统发动机的燃烧室、燃料喷射与混合装置、热循环和管理系统等进行全面改造甚至重新设计，才能满足氢燃料的使用要求。
（2）氢燃料电池发动机
燃料电池工作原理是氢气通过阳极进入燃料电池，然后氢原子在催化剂的作用下发生反应，分裂成电子和质子；来自环境空气的氧气进入燃料电池的另一侧并通过阴极，然后带正电的质子通过电解质膜（PEM)，将质子和电子进行分离并只允许质子通过；带负电的电子移出电池，阳极和阴极之间形成电位差，便可给发动机发电、供电，电动机带动风扇（或螺旋桨）产生推力。
表1：民航飞机应用氢燃料电池、燃氢发动机的比较
02
国内外氢动力飞机产业发展现状
国外氢动力飞机发展现状
国外对于氢动力飞行比较积极，尤其是欧盟国家。
2020年，欧盟委员会支持开展“洁净天空计划”项目，计划2028年完成氢动力通勤飞机认证和支线飞机试飞、2035年完成中程氢动力飞机开发、2050年完成中远程氢动力飞机开发；同时，欧盟还分别启动了欧盟燃料电池与氢能（Fuel Cell sand Hydrogen）计划（2007—2013年）、燃料电池与氢能（Fuel Cell sand Hydrogen）计划（2014—2021年）、和欧盟清洁航空联合行动（CAJU），主要目标是通过氢动力飞行的发展，为欧盟绿色协议和氢能战略做出贡献。
2023年9月，英国成立航空氢能联盟（HIA），将致力于确保英国充分利用氢能为航空业和整个国家带来的巨大机遇，加快实现零碳航空，成员为英国航空和可再生能源领域的一批领先企业，包括易捷航空公司、罗罗公司、空客公司、GKN公司和布里斯托尔机场等。
除欧盟国家外，其他国家也开始氢动力在航空领域的发展。美国能源部在2020年发布《氢能计划发展规划》，将氢燃料电池、氢涡轮机、氢气“制储输用”技术作为未来的重要研发方向。
2023年5月，日本推出了“下一代飞机发展”计划，该计划总预算210亿日元（1.4亿美元），通过利用日本在氢和材料核心技术方面的优势，在全球碳中和行动中加强日本飞机工业竞争力，该计划包括两大研究主题：氢动力飞机核心技术；复杂形状和显著轻量化的初级飞机结构的开发。西班牙“航空技术”计划将研发氢能航空动力，2023年3月，由ITPAero公司领导的西班牙国家团队成立，目的是开发该国第一台氢能航空动力装置，并计划于2025年进行首次测试。
整体来说，近几年以来，氢动力飞行成为各个国家在航空领域节能减排的重要途径，各国也在积极推动这一技术的发展和实现，氢动力飞行迎来了发展的元年。
氢动力飞机项目
现阶段，氢动力飞机项目主要以试点项目为主，尚未实现规模化和商业化，项目情况如下表：
表 2：国际氢动力飞机项目
在氢动力无人机领域，国外主要以美国和英国为首。2005年，美国航空环境公司成功制造并测试了全球首架液氢动力无人机；美国的巴拉德无人系统公司（加拿大巴拉德动力系统公司的子公司）在芝加哥举行的AUVSI Xponential年会暨博览会上推出了FCair™燃料电池产品线，这是一个完整的商用无人机长时程燃料电池电源解决方案。
英国的智能能源公司已经开发了一个氢燃料电池的原型，为无人机(小型无人驾驶飞行器)提供动力；英国智能能源公司在芝加哥举行的AUVSIX ponential年会暨世博会上推出了大功率2.4kW燃料电池功率模块(FCPM)用于商用无人机市场。
03
中国氢动力飞机产业发展现状
行业现状
我国与国际上氢能飞机发展趋势同步，氢能飞机研发工作正在展开，形成了①辽宁通用航空研究院（氢燃料电池飞机技术攻关）、②北京航空航天大学（燃油涡桨发动机PT6的氢燃料改型论证）、③中国航天科技集团有限公司第六研究院第一〇一研究所（氢制取/液氢生产和存储、轻质高效液氢燃料储装置）等优势研究机构，综合技术水平接近国际先进，同时，④中国科学院大连化学物理研究所、⑤中国商飞、⑥沈阳航空航天大学、⑦北京理工大学也在氢动力航空领域开展相关的研究。
氢动力飞行项目
航空领域
2009年11月，由中国科学院大连化学物理研究生研制的Ⅰ型航空用质子交换膜燃料电池电源系统应用于我国首艘燃料电池动力飞艇“致远一号”，Ⅱ型系统2012年7月应用于我国首架燃料电池无人机“雷鸟号”，Ⅲ型系统2014年9月作为某飞艇的尾推动力通过了高海拔环境适应性测试。
2017年1月，由中国科学院大连化学物理研究所制造的20千瓦燃料电池系统提供动力的国内首架载人燃料电池飞行器已经完成了它的首次成功试飞，这一成就代表着中国在航空领域燃料电池技术上实现了重大突破，并成为继美国和德国之后，全球第三个掌握该领域技术的国家。
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。
2023年9月，在2023年服贸会北京首钢展区，中国商飞公司展示了中国新一代氢能源技术验证机——“灵雀M”，其机身部按照加载液态氢原料设计。
2024年1月份，世界首款四座氢内燃飞机原型机—RX4HE原型机（120kW）在辽宁省沈阳市法库财湖机场成功首飞，搭载了2L氢燃料内燃机，飞机采用上单翼、低平尾、前置螺旋桨、前三点式不可收放起落架的总体布局，翼展为13.5 m，机长为8.2 m，巡航速度为180 km/h，留空时间>1 h；携带的高压气态储氢为4.5 kg，氢内燃机最大热效率>43%、综合热效率>40%。
该项目由沈阳航空航天大学名誉校长辽宁通用航空研究院首席科学家中国工程院院士杨凤田主持研制，北京理工大学机械与车辆学院孙柏刚教授团队参与动力系统开发与标定工作。
2024年1月4日，该型飞机的氢内燃机在北京理工大学氢内燃机标定团队的实验室内完成台架试验测试，其功率达到120kW以上，并在试验中采用国产ECU方案，试验取得圆满成功，标志着装配该型氢内燃机的飞机满足在通航机场短跑道上的正常运行条件。
低空飞行领域
2009年11月，由中国科学院大连化学物理研究生研制的Ⅱ型系统2012年7月应用于我国首架燃料电池无人机“雷鸟号”。
2010年，沈阳航空航天大学组建了通用航空重点实验室，开始试制氢燃料电池无人机。
2012年，辽宁通用航空研究院研制的"雷鸟"氢燃料电池无人机完成首飞，成为我国首款氢燃料电池无人机。
2012年12月，中国第一架纯燃料电池无人机“飞跃”，由同济大学和上海奥科赛飞机公司联合研发，在上海奉贤海域首次试飞成功。这种无人机可以在距离海平面2千米的高度上，以30公里/小时的速度，持续2小时。
2014年，武汉众宇动力系统科技有限公司开发了“天行者”燃料电池无人机。
2017年，优雷特（银川）航空技术有限公司和珠海天晴航空航天科技有限公司共同研制了首架氢燃料电池倾转旋翼无人机。“蒲公英1-A”氢燃料电池无人机动力是“蒲公英”的燃料电池版，其目的是验证无人机氢燃料电池相关系统的可行性，2018年11月完成了80min飞行测试。
2022年3月13日，由航空工业直升机所研制的20千克级变距多旋翼无人机AR20顺利完成换装氢动力试飞试验，验证了氢动力电池应用在变距多旋翼无人机上的可行性。这次试验赋予了AR20更多的可能性，既为未来的能力进化指明了方向，又契合国家重视氢能源发展的国家战略，在可预见的未来，它将飞往更远更广阔的天空。
2023年12月8日，在重庆，翌翔无人机团队成功完成青鸥30B氢动力复合翼无人机单次持续飞行测试，成功打破国内同类型氢动力无人机续航时间测试纪录，续航能力达到国际先进水平。青鸥30B无人机是一型复合翼无人机，最大起飞重量达到40kg，采用氢燃料电池发电为无人机提供动力，具有续航时间久、运行效率高、红外目标低、环保无污染、发热噪音小等特点，带载续航时间超过了国内有报道的电动复合翼无人机，打破了国内氢动力无人机长续航记录；续航水平与美国洛克希德·马丁公司Stalker XE燃料电池无人机相当，其续航时间可达8小时，团队研发的非液氢燃料电池无人机达到国际先进水平。
2023年，浙江氢航科技有限公司成功研发的氢动力多旋翼无人机通过了中国电力科学研究院有限公司的检测认证，用于电力巡检，其主要性能指标完全符合电力巡检所需的使用标准。
2024年1月1日，由航空工业成飞自主研制的某型氢能源动力固定翼无人机圆满完成首次飞行试验。该机的动力系统采用70MPa高压气态储氢、燃料电池发电的组合设计。该氢能源动力固定翼无人机在研制过程中突破了内外流一体化总体设计、70MPa高压气态储氢系统设计、高效能量管理设计等关键技术，具有能量密度高、绿色无污染等显著优势，适用于巡线巡检、安防监控、中继通信等应用场景。
2024年4月24日，由北航能源与动力工程学院研制的“北航氢动一号”全电航空发动机在天津市静海区完成首飞，其发动机能源来源于氢燃料电池，全部采用电能带动螺旋桨产生推力，其最大续航时间比同质量锂电池提升一倍。此外，梦氢能源空冷氢电包，用于无人机。
中国氢动力飞机产业政策
2023年以来，国家开始主动氢能在航空领域的应用，氢能源飞机已被我国并列为未来绿色飞行的重要发展方向。
2023年10月，我国工业信息部、科技部、财政部、中国民航局等四部门联合印发了《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035年）》（简称《纲要》）。《纲要》中指出，要加快储氢装置、动力装置等核心关键技术攻关，开展适用于氢能源飞机的新型结构布局技术研究。推进氢燃料电池与氢内燃机、氢涡轮、氢涡轮混合动力飞机理论研究与技术验证，打通与氢能源产业上下游协同创新的技术应用模式。围绕氢能航空未来发展趋势，探索商业化氢能源飞机运营体系新模式。
2023年10月，中国航空学会正式向全球发布了国际绿色航空协会（IAGA）倡议，旨在以“通过技术进步与全球合作促进航空可持续发展”为愿景，促进新技术在绿色航空领域得到广泛应用，加快全球航空产业链全体参与者达成双碳目标的进程。
04
氢动力飞机产业链
燃料电池产业链
燃料电池包括燃料电池堆、氢气供应系统、空气供应系统、水热管理系统、电源管理控制系统，主要涉及高性能催化剂、增强复合膜、高性能低铂膜电极、耐蚀薄层金属双极板、高比功率电堆、耐低温系统集成、质子交换膜高效电解水制氢等技术环节。目前，中国在车端的燃料电池技术相对来说比较成熟，随着低空经济的发展和国家对绿色航空的倡导，相关科研院所、航空领域和燃料电池相关的企业开始布局氢动力航空领域燃料电池产业，已有燃料电池在航空领域应用项目及相关成熟产品，企业情况如下表：
表 3：燃料电池代表企业及产品
现阶段，相关科研院所对氢动力航空燃料电池进行研发，成功的应用于氢动力航空飞行器，典型代表为中国科学院大连化学物理研究所；氢燃料电池堆是燃料电池的核心部件，浙江氢航科技有限公司和航天氢能（上海）科技有限公司均已形成了无人机氢动力燃料电池堆系列产品。
氢内燃机产业链
现阶段，氢内燃机产业链尚处于萌芽阶段，一汽集团开启我国氢动力飞机内燃机生产先河，其生产的内燃机是基于“红旗”汽油机研发的国内首款2.0L零排放增压直喷氢内燃机，最大热效率>43%、综合热效率>40%，于2024年1月完成首飞的由沈阳航空航天大学研制的全球首款新能源四座氢能飞机RX4HE原型机（120kW）的内燃机来源于一汽集团。
储氢装置
储氢瓶是氢能飞行器的核心部件之一，既是压力容器，也是绝热容器，需采用轻量化的材质。目前中国航天科技集团有限公司第六研究院第一〇一研究所在轻质高效液氢燃料储氢装置开展研究、哈尔滨工程大学和佛吉亚斯林达安全科技(沈阳)有限公司在高压气态储氢装置开展研究；在氢动力无人机领域，江苏龙蟠氢能源科技有限公司成功研发出国内第一款国产9升、12升系列无人机专用IV型储氢瓶样品，中材科技已有无人机专用高压气态储氢瓶成熟产品。
氢动力机体产业链
氢动力机体分为乘用机机体、无人机机体。现阶段，中国乘用机机体尚处于示范验证阶段，还没有实际应用于民用航空领域；无人机机体，上海奥科赛飞机公司、优雷特（银川）航空技术有限公司和珠海天晴航空航天科技有限公司已开展相关的研究，并均实现首飞实验成功，但尚未实现规模化生产；浙江氢航科技有限公司在氢动力无人机领域处于领先地位，具有无人机氢燃料电池堆、无人机机体成熟的完整产业链，形成了氢旋4号和氢霆mini两款型号的成熟产品。
原文标题 : 七巨头领衔！还有哪些企业进入氢动力飞机领域
