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英國復(fù)合材料中心（NCC- National Composites Centre） 太空液氫存儲罐演示器長 750 毫米，直徑 450 毫米，儲液容量超過 96升。
存儲罐的設(shè)計和制造標(biāo)稱壁厚為 4.0 至 5.5 毫米，這將使該罐能夠承受 85 巴的壓力。碳纖維復(fù)合材料主體只有 8 公斤的材料質(zhì)量， 存儲罐還有進一步優(yōu)化減重的設(shè)計。NCC 使用 300 毫米寬的 MTC510 環(huán)氧碳纖維預(yù)浸料（由 SHDComposites 提供）。MTC510 是一種環(huán)氧樹脂系統(tǒng)，專門設(shè)計用于在 80°C 和 120°C 之間固化，并經(jīng)過增韌處理以增加其損傷容限。
由 BINDATEX 公司為纏繞儲罐， 將預(yù)浸帶進行了窄寬度的精密切割，并以 6.35mm 的格式返回了長的 22000m 的材料，用于科里奧利（Coriolis） 自動纖維鋪放（AFP） 設(shè)備。使用科里奧利（Coriolis） AFP 設(shè)備的張緊纖維纏繞操作，將6.35mm 的預(yù)浸帶纏繞到可清洗（washable） 模具上。纏繞過程使用專用軟件，控制螺旋和環(huán)形纏繞。纏繞將超過 24 層、 厚度達5.5mm。纏繞過程可以增加或減少這種復(fù)合材料的壁厚， 并改變纏繞角度和鋪層結(jié)構(gòu)，以充分優(yōu)化儲罐的特定壓力或負載要求。
芯模壁厚為 30 毫米，分兩部分鑄造，然后粘合。該工具有三個（可清洗- washable）內(nèi)部加強環(huán)，其設(shè)計和制造有助于承受自動復(fù)合材料鋪層過程中預(yù)期的扭轉(zhuǎn)載荷和高壓釜固化過程中施加的壓力。將金屬流體閥端口包括在可清洗的芯模中，以消除終產(chǎn)品所需的任何二次組裝和粘接操作。這些流體閥端口固定在新型工具中，使它們能夠在制造過程的后期與碳復(fù)合材料共同粘合。纏繞完成后，立即檢查是否存在缺陷和厚度變化。然后在100°C下對其進行熱壓罐固化，并在之后重新檢查。固化后使用超聲波 C 掃描和熱成像無損檢測（NDT）技術(shù)，并對這些方法進行比較和對比，以確定是否適合檢查未來儲罐的缺陷，如分層和氣孔。后，在完成無損檢測質(zhì)量評估后，用加壓冷水沖洗內(nèi)部芯模，使儲罐空腔保持清空。
美國 CTD 公司曾公布一款叫“冰球-CryoSphere”的太空液氫存儲罐。采用記憶泡沫材料制成的芯模。
美國航空航天工程研發(fā)公司 GTL（Gloyer Taylor Laboratories）與多家公司合作，開發(fā)一款超輕液氫存儲罐。長 2.4 米，直徑 1.2米，重 12 公斤。帶裙板和真空杜瓦瓶殼，整個系統(tǒng)重 67 公斤，但可容納 150 公斤以上的液態(tài)氫，使其儲存率至少達到 50%，比目前先進的復(fù)合儲氫罐高出 10 倍。此存儲罐用于雙發(fā)螺旋槳支線民機。
綜述：
1. 民機為什么要用液氫？
氫的重量能量密度為 33.3 kWh/kg，而煤油為 12 kWh/kg。正常壓力和溫度條件下，氫的密度為 0.090kg/m³。在 700 巴（是正常大氣壓的 700 倍）下，氫的密度為 42kg / m³。在這個壓力下，一個 125 升的油箱可以儲存 5 公斤的氫氣。在-252.87°C 和 1.013 巴下，液態(tài)氫的密度接近 71 kg/m³。在這個壓力下，一個 75 升的油箱可以儲存 5 公斤的氫氣。
儲存在低溫罐中的液態(tài)氫有助于進一步減少體積。
? 常溫、常壓下 3000 升的氣態(tài)氫，相當(dāng)于 1 升航空煤油相同的能量。
? 常溫、 700 巴壓力下 6 升的氣態(tài)氫，相當(dāng)于 1 升航空煤油相同的能量。
? -252.87°C 和 1.013 巴壓力下 4 升（1.05 加侖）的液氫足以提供與 1 升航空煤油相同的能量。
從以上數(shù)據(jù)可以看出，在相同能量前提下，存儲液氫（-252.87°C）所需的存儲罐體積小。由于民機外形受空氣動力的約束，儲罐體積越小越便于在飛機內(nèi)部安裝。
2. 低溫（-252.87°C）液氫存儲罐主要技術(shù)問題？
1） 保持罐內(nèi)液氫不超過-253°C。為此，目前采取熱水瓶式，內(nèi)、外罐之間抽真空結(jié)構(gòu)。內(nèi)罐由碳纖維增強樹脂復(fù)合材料制成。外罐含有多層特殊絕熱層。
這種結(jié)構(gòu)引申出一個問題。外罐給整個液氫系統(tǒng)增加了可觀的重量。 例如， GTL 液氫存儲罐，復(fù)合材料內(nèi)罐重 12 公斤。但是外罐和其他系統(tǒng)卻有 55 公斤。減少這部分重量的關(guān)鍵在于多層特殊絕熱層的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2). 內(nèi)罐若用現(xiàn)在使用的纖維帶纏繞工藝。罐內(nèi)的管路、系統(tǒng)件如何安裝、維護？
3). 低溫（-252.87°C） 環(huán)境對內(nèi)罐和內(nèi)罐中零件選材的影響?
4). 低溫測試技術(shù)和和燃料晃動管理方面的技術(shù)
5). 儲氫罐必須承受大約 20000 次起飛和降落
3. 低溫（-252.87°C）液氫存儲罐對民機結(jié)構(gòu)的影響？
民機機翼結(jié)構(gòu)的空腔，就是存儲燃油的油箱。A320機翼油箱可大約存儲20噸航空煤油（波音 737 和商飛 C919 同此量級）。若用液氫代替航空煤油， 94 m³容積、圓柱形的液氫存儲罐只能安裝在客艙后面、 加長的機身尾段里。機身尾段在此處是前大后小的錐體。錐體大直徑不超過 4m。僅加長機身來安裝 94 m³容積的液氫存儲罐，需要增加的長度太長，是不可行的。因此，勢必在增加機身長度的同時，增加機身的直徑。
空客新A320明顯看出， 是在機身尾段安裝一個圓形、一個錐形兩個儲罐。但機身直徑是否增加還看不出。我估計它的直徑會增加。
英國公布了使用液氫的民機設(shè)計方案， 其中窄體飛機“FZN-1E”將代替現(xiàn) A320。新設(shè)計方案：機身加長 10m、直徑增加 1m；客艙成雙通道布局；機翼重新設(shè)計；增加機頭處的“前水平安定面”；發(fā)動機改為尾吊布局。
4 進展態(tài)勢
民機安裝的發(fā)動機有兩種類型：渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪噴氣發(fā)動機。
對于渦槳發(fā)動機的飛機，氫通過燃料電池發(fā)電，驅(qū)動發(fā)電機帶動螺旋槳工作。此類發(fā)動機主要安裝在十幾到七十多座的支線飛機，以及小型通航飛機上。初氫代替燃油研發(fā)工作，就是從此類飛機開始。今年4月12號，德國一架4座“HY-4”氫-電飛機，成功完成了從斯圖加特到弗里德里希沙芬航線飛行。在今年內(nèi)有望能看到19座 “道尼爾”和75座“Q-400”、“ATR72-600” 氫-電飛機在天空飛行。
前蘇聯(lián)于 1988 年 4 月，一架經(jīng)改裝、適合液氫燃料渦噴發(fā)動機Tu-155 升空試飛。幾年后，隨著蘇聯(lián)的解體，俄羅斯沒有繼承這項研發(fā)工作。
目前 100 座以上，民機的研發(fā)生產(chǎn)只有4家：波音、空客、商飛和俄羅斯。根據(jù)近外媒一篇報道，這 4 家公司中僅只有波音、空客兩家，從事液氫民機實際應(yīng)用研發(fā)工作。波音這項目工作還是十多年前，在一架小型、“迪莫納-DIMONA”螺旋槳滑翔機上進行的。空客已經(jīng)進入了，渦扇發(fā)動機使用液氫燃料的高空飛行試驗工作。同時，初步給出了三類飛機的外形：螺槳飛機、150座級和雙通道民機。這其中對150座級民級，披露了較多的信息。單通道、 150 座級的 A320，進入市場快 40 年了。空客已經(jīng)計劃于 2030-2035 年，推出一款“新A320”。新民機機翼采用“信天翁”氣動部局：超大展弦比、折疊， 可搧動翼尖、無整流罩襟翼。
制造材料用熱固性碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料。機身用高性能的熱塑性碳纖維復(fù)合材料制造。新民機使用液氫代替航空煤油。設(shè)計、制造的目標(biāo)， 能滿足每月制造出 70-100 架飛機。從以上可以看出在使用液氫代替航空煤油的研發(fā)工作，空客遠遠走在波音的前面了（至今在國外媒體的報道中，還沒有看到波音使用液氫燃料替換 737 的信息）。
5. 你、 我、 他 能做點什么？
用氫代替石化燃油，不僅僅是解決一個碳排放問題。它對缺少石油更具有戰(zhàn)略意義。我國是大制氫國， 年制氫產(chǎn)量約3300萬噸。液氫的生產(chǎn)也有多家企業(yè)介入。我國又是碳纖維產(chǎn)量，第二大國。因此， 研發(fā)、 生產(chǎn)復(fù)合材料儲氫罐， 具有豐厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。
從本文介紹的航天、 航空液氫存儲罐， 可以看出不同的工業(yè)產(chǎn)品， 儲罐有球形的， 有圓柱形的、 存儲液氫從幾公斤到幾百公斤不等。因此， 儲罐總是結(jié)合產(chǎn)品的需求、 結(jié)構(gòu)空間， 設(shè)計、 制造的。
當(dāng)前， 許多工業(yè)產(chǎn)品還使用石化能源、 電網(wǎng)供電。他們都可以考慮使用氫動力。在氫存儲這個領(lǐng)域， 有大量產(chǎn)品待開發(fā)。有許多工作等著你、我、 他。本文中一些從網(wǎng)上獲得的數(shù)據(jù)， 經(jīng)過反復(fù)核準(zhǔn)。可供儲氫罐初始設(shè)計時估算尺寸、 容量。
楊超凡簡介：飛機制造高級專家，近年專攻民機復(fù)合材料。原航空工業(yè)部批研究員級高級工程師，享受國務(wù)院特殊津貼。