國家復(fù)合材料中心（NCC-National Composites Centre，英國布里斯托爾）創(chuàng)建了一個概念設(shè)計工具，可根據(jù)客戶的具體要求優(yōu)化氫氣低溫儲罐的設(shè)計。該工具由 NCC 工程師開發(fā)了 12 個多月，圍繞著氫質(zhì)量、蒸發(fā)率和休眠等關(guān)鍵參數(shù)工作，休眠是指如果飛機在夜間靜止，從油箱加油到需要排出氣體壓力的時間。
新的設(shè)計工具使 NCC 能夠快速輕松地為給定的一組參數(shù)提供最高效的儲罐設(shè)計。特別是，它將幫助制造商確定正確的設(shè)計，進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計階段，從而降低希望為新的氫經(jīng)濟建立復(fù)合材料能力的企業(yè)的進(jìn)入門檻。
作為航空航天技術(shù)研究所（ATI）FlyZero 計劃的一部分，NCC 團隊成功地試用了該概念設(shè)計工具，該計劃旨在到 2030 年實現(xiàn)零碳排放商業(yè)航空。該團隊使用該工具為支線、窄體和中型飛機開發(fā)了三種低溫儲罐設(shè)計方案，評估了熱、靜態(tài)、形狀和體積需求。據(jù)報道，與金屬基線相比，所有概念都顯著減輕了儲罐的內(nèi)層和外層的重量。
航空航天技術(shù)研究所技術(shù)、結(jié)構(gòu)、制造和材料主管 Alex Hickson 表示：“作為中遠(yuǎn)程飛行零排放飛機未來燃料系統(tǒng)的一部分，設(shè)計工具對于低溫儲氫罐的發(fā)展至關(guān)重要。”。“所有尋求可持續(xù)航空領(lǐng)域成熟設(shè)計和系統(tǒng)的人都可以使用這些能力的開發(fā)，這標(biāo)志著英國向前邁出了寶貴的一步。NCC 和更廣泛的 HVM Catapult 是不斷發(fā)展的英國網(wǎng)絡(luò)的一部分，該網(wǎng)絡(luò)建立了氫氣能力，以造福環(huán)境，同時也為英國未來的供應(yīng)鏈創(chuàng)造了機會 e 到 2050 年實現(xiàn)凈零排放的低碳經(jīng)濟。”
復(fù)合材料低溫氫氣的開發(fā)
國家復(fù)合材料中心（NCC）的作用是與會員和客戶密切合作，解決困難的挑戰(zhàn)。隨著公司認(rèn)識到氫氣和實現(xiàn)凈零目標(biāo)的重要性，NCC 一直在與客戶合作，并獨立“建立測試和設(shè)計低溫系統(tǒng)用復(fù)合材料的專業(yè)知識”改善微裂紋性能和理解簾布層設(shè)計的重要性（減少簾布層厚度和相鄰簾布層角度）是 NCC 處理這一問題的一些方法。氫技術(shù)主管 Marcus Wall Bruck 和氫技術(shù)首席研究工程師 Matt Kay 表示，NCC 正在開發(fā)一種 “在低溫下進(jìn)行測試的獨特方法，該方法專注于微裂紋的形成，而無需使用耗時且昂貴的循環(huán)測試。這種類型的測試可以簡化材料選擇，并為建模提供信息，這樣設(shè)計就可以在不引起微裂紋泄漏的情況下受到適當(dāng)?shù)膽?yīng)力。”
材料選擇和表征的解決方案已經(jīng)在進(jìn)行中。
相鄰的發(fā)展包括 NCC 在 JEC World 2023 上宣布，其基于英國的復(fù)合低溫儲罐測試計劃將“驗證并加速設(shè)計、制造和測試能力，從用于存儲液氫（LH2）的無襯里碳纖維儲罐開始。”
雖然氫有可能降低商業(yè)航空的碳足跡，但存在重大的工程挑戰(zhàn)。其中最主要的是燃料儲存問題——氫氣的體積密度比傳統(tǒng)航空燃料低，因此必須以液體形式保持在-253°C，并且不能在飛機內(nèi)占據(jù)太多空間。儲罐必須能夠承受壓力和飛行載荷，但質(zhì)量損失最小，并配置為適應(yīng)有限的、有時形狀笨拙的內(nèi)部容積。根據(jù) NCC 的說法，復(fù)合材料可以在未來提供一種有競爭力的解決方案——NCC 正在與合作伙伴一起推進(jìn)這一工作計劃，以使技術(shù)成熟。
該團隊也在研究材料特性概念設(shè)計工具構(gòu)成了 NCC 氫工作計劃的一部分，該計劃基于兩年的研發(fā)和一個獨特的愿景，旨在提高復(fù)合氫壓力容器和低溫儲罐的供應(yīng)鏈能力，以便在英國錨定制造業(yè)。該計劃的下一步正在進(jìn)行中，英國的復(fù)合低溫儲罐測試計劃將驗證并加速設(shè)計、制造和測試能力，首先是用于儲存 LH2 的無襯里碳纖維儲罐。該團隊還致力于材料表征，對復(fù)合材料在低溫下的行為有了真正的了解。
我們開發(fā)的概念設(shè)計工具為希望加速其復(fù)合低溫儲罐能力的制造商提供了巨大的價值和優(yōu)勢，”氫氣技術(shù)主管 Marcus Wall Bruck 補充道。“我們匯集了 NCC的集體工程專業(yè)知識，構(gòu)建了一個靈活而嚴(yán)格的設(shè)計工具，最終讓客戶有信心更快地選擇概念。”
