在全球应对气候变化的大背景下，航空业低碳发展已成为交通领域减排的关键战场。根据国际航空运输协会的数据，航空业每年贡献约2%-3%的全球二氧化碳排放量，且随着航空运输需求的增长，这一比例呈上升趋势。2021年10月，国际航空运输协会在第七十七届年会批准了全球航空运输业于2050年实现净零碳排放的决议，这一宏伟目标迫切需要航空动力技术的革命性突破。燃油燃烧占航空业碳排放总量的近80%，发展清洁航空能源成为行业减排的必由之路。在众多清洁能源方案中，氢能源因其零碳排放、高能量密度和可持续性等特点，被视为航空业实现"双碳"目标的战略性能源。

一、氢能源动力航空发展背景

氢能源动力航空技术主要围绕三条技术路线展开：氢燃料电池、氢燃料涡轮发动机和氢内燃机。氢燃料电池通过电化学反应将氢气的化学能直接转化为电能，驱动电动机带动螺旋桨或风扇，效率高且仅排放水，但其功率密度相对较低，更适用于小型短途航空器。氢燃料涡轮发动机通过燃烧氢气驱动涡轮，技术路径与传统航空发动机有较高相似性，可通过改造现有发动机实现，更适合大型远距民航客机。氢内燃机则是通过内燃机燃烧氢气做功，技术成熟度介于前两者之间。这三条技术路线各有优势，共同构成了氢能源航空动力的技术矩阵，为不同机型、不同航程的航空器提供了多元化解决方案。

全球主要经济体纷纷将氢能航空提升至国家战略层面。欧盟委员会在《可持续及智能交通战略》中明确提出了2050年前交通领域减排90%的目标，并计划通过加大氢动力飞机等新兴技术的应用来实现这一目标。2021年2月，欧盟委员会提议建立"清洁氢"和"清洁航空"伙伴关系，并提供约100亿欧元资金支持，以加快欧洲绿色和数字化转型。中国在《绿色航空制造业发展纲要（2023—2035年）》中明确提出，要积极探索氢能源技术路线，前瞻布局未来产业，力争到2025年电动通航飞机投入商业应用。这些战略规划为氢能航空技术的发展提供了政策引导和支持，推动了全球氢航空技术的快速发展。二、国内外氢能源航空发展现状

2.1 国际战略布局与技术进展

欧盟在氢能航空领域布局较早且体系完整。2021年2月，欧盟委员会提议建立了"清洁氢"伙伴关系和"清洁航空"伙伴关系，并计划投资约100亿欧元资金支持相关技术研发。这一战略布局旨在通过协同研发加速氢航空技术的成熟，确保欧洲在未来航空工业领域的竞争优势。作为欧盟航空工业的代表，空中客车公司在2020年9月推出了零排放商用飞机项目，公布了三款名为"ZEROe"的氢能概念飞机，分别是涡扇氢混合动力、涡桨氢混合动力和翼身融合混合动力飞机。这些概念飞机均采用液氢燃料，液氢储存和分配系统位于后增压舱或机翼下方。空客还宣布将于2025年左右启动氢能飞机示范项目，对氢燃料发动机进行地面和飞行测试，为2035年推出第一款零排放飞机做好准备。

英国则通过成立氢能航空联盟（HIA）整合产业资源，加快氢能航空技术商业化进程。英国政府公布的"飞行未来"行动计划中提出，首批电动飞行出租车将于2026年试飞。在技术验证方面，英国零碳航空公司（ZeroAvia）基于19座多尼尔228双发涡桨飞机改装的氢燃料电池技术验证机于2023年1月在美国成功首飞。此次验证飞行采用左侧使用氢燃料电池驱动的电动机带动螺旋桨，右侧则仍使用传统的标准煤油发动机的试飞方式，飞行过程持续了10分钟，标志着氢燃料电池技术在航空应用方面迈出了重要一步。

德国作为传统航空强国，通过国家氢能战略支持在飞机推进系统中使用氢能。德国的氢电飞机动力总成系统开发商H2FLY在2023年9月7日成功完成了世界上首次使用液氢的电动飞机载人飞行。此次飞行持续了3小时1分钟，消耗氢10公斤。液氢的成功使用使得HY4验证飞机的最大航程从750公里增加到了1500公里，液氢的高能量密度优势得以充分体现，为氢能航空器的远程飞行奠定了技术基础。

美国在氢能航空领域同样取得了显著进展。2023年3月，美国通用氢燃料公司（Universal Hydrogen）完成了目前世界上最大的氢燃料电池验证机的首飞。此次试飞由一架改装后的Dash8-300氢动力飞机完成，消耗了约16公斤气态氢，飞行时长约15分钟，飞行高度达到3500英尺。这一成就展示了美国在大型氢燃料电池航空技术方面的领先地位。

2.2 国内发展进程与成就

中国氢能源航空技术起步于无人机领域，逐步向有人机拓展。2012年7月30日，由辽宁通用航空研究院研制的我国首架以氢燃料电池为主要动力的无人试验机"雷鸟"首飞成功。随后，"飞跃一号"、"灵雀H"、CW-25H等氢动力无人机相继研制成功，积累了丰富的氢燃料电池航空应用经验。2017年1月9日，中国自主研制的首架有人驾驶氢燃料电池试验机在沈阳试飞成功。试飞中燃料电池和锂电池共同工作在起飞和大速率爬升阶段，单燃料电池工作时间为巡航阶段，试飞高度320米，全程零污染排放。至此，中国成为继美国、德国之后第三个拥有该技术的国家。

2023年成为中国氢能源有人机发展的突破之年。2023年3月25日，首款四座氢燃料内燃机飞机验证机在沈阳某机场完成首飞，这是我国自主研制的第一架以氢内燃机为动力的通航飞机。2023年9月4日，在2023年服贸会北京首钢展区，中国商用飞机有限责任公司展示了国内新一代氢燃料技术验证机——"灵雀M"，其机身按照加载液态氢原料设计。这一系列进展表明中国在氢能源航空领域正加速追赶世界先进水平。

在氢燃料涡轮发动机领域，中国也取得了重大突破。2025年7月，中国航发动研所氢能团队自主研制的千牛级氢燃料涡喷发动机在尹泽勇院士工作站指导下，于内蒙古镶黄旗新宝拉格机场搭乘厦门大学GF-2000飞行试验平台，成功完成了国内首次氢燃料航空涡轮动力飞行验证。试飞分两阶段开展，最大飞行高度海拔3000米，分别成功开展了多高度氢涡喷空中起动点火、氢涡喷主动力巡航飞行、氢涡喷空中加减速测试等科目。飞行试验充分验证了我国自主研发氢涡轮发动机飞行工况下的工作稳定性和可靠性，标志着我国在氢燃料航空涡轮发动机技术攻关方面取得重大进展，有效填补了国内氢能航空动力技术空白。

在氢燃料电池飞机领域，2025年7月8日，RX4M四座电电混合动力飞机原型机在沈阳法库财湖机场成功完成首飞。该飞机由辽宁通用航空研究院设计制造，采用电电混合动力系统，搭载了实验室燃料电池系统科学与工程研究中心邵志刚研究员、谢峰副研究员团队研制的氢燃料电池，在起飞和爬升时由燃料电池和锂电池共同供电，巡航阶段则由燃料电池单独供电并为锂电池组充电。该飞机最大起飞重量为1400公斤，有效载荷320公斤，最大航程400公里，续航时间2小时。此次应用的氢燃料电池系统针对数十至数百千瓦级航空用途正向开发，采用模块化设计理念，突破了高效轻量化空气供给、氢气引射回流、一致性、综合热管理等系列关键技术，系统质量比功率达1000W/kg，且可通过模块串并联实现功率线性扩展。

三、氢能源动力试飞关键技术分析

3.1 氢的存储及输送技术

氢能源动力飞行器的储氢技术是实现高性能飞行的核心挑战之一。目前航空领域主要探索的有高压气态储氢、低温液态储氢和新型材料储氢三种技术路径。高压气态储氢是目前最为成熟的技术，多用于小型航空器和验证机，如美国通用氢燃料公司的Dash8-300验证机即采用气态氢，一次飞行消耗约16公斤。然而，高压气态储氢的体积密度低，不利于航空器空间利用，限制了其航程和有效载荷。低温液态储氢是更具潜力的航空应用方案，将氢气冷却至-253℃以下变为液态，体积能量密度大幅提高。德国H2FLY公司的HY4验证机使用液氢后，最大航程从750公里提升至1500公里，充分展示了液氢在扩展航程方面的巨大优势。然而，液氢储存面临蒸发损失、绝热保温、热管理等一系列技术挑战。

在氢的输送技术方面，航空应用需要解决从储罐到动力系统的供应问题。氢燃料涡轮发动机需要稳定、高压的氢气供应，这对氢泵、阀门和管道的设计提出了极高要求。中国航发动研所研制的千牛级氢燃料涡喷发动机飞行验证中，70MPa氢储控/加注系统由株洲国创中心提供技术保障，表明我国已掌握高压氢航空储控技术。此外，氨作为氢载体的技术路径也受到关注。全国首座1000公斤级商业氨制氢加氢一体站项目，采用低温氨分解制氢成套技术，在480℃工况下实现氨转化率超99.5%。这种"液氨直供—现场制氢—即时加注"模式，彻底解决传统高压储氢的运输成本难题，使终端氢价降至约30元/公斤，较常规方式降低50%。这种技术虽然目前主要针对地面应用，但未来也可能为航空领域提供新的氢储运思路。

3.2 氢能源飞行平台适应性改造技术

将传统飞行平台改造为适用于氢能源动力的试验平台，需要解决结构布局、重心调整、系统集成等多方面技术挑战。氢能源动力系统与传统航空燃油系统在重量分布、空间需求、系统接口等方面存在显著差异，需要进行针对性改造。航空发动机飞行平台（空中试车台）作为航空发动机飞行试验的专用平台，在氢燃料涡轮发动机的试验验证中扮演着不可或缼的角色。这类平台通过在真实大气环境和飞行条件下对发动机工作能力和可靠性进行试验，为评估发动机在实际飞行环境中的性能，累积飞行数据，为发动机的改进和优化提供支持。

在氢能源飞行平台改造中，需要重点关注储氢系统的集成。液氢储罐通常需要特殊的绝热设计和圆柱形或球形结构，这与传统航空器的结构布局有很大不同。空中客车公司的ZEROe概念飞机将液氢储存和分配系统置于后增压舱或机翼下方，这种布局需要对飞机机身结构进行重大调整。中国航发动研所的氢燃料涡喷发动机飞行验证采用了厦门大学GF-2000飞行试验平台，这种改装需要在保留平台基本飞行性能的前提下，集成氢燃料存储、供应和发动机系统，涉及气动、结构、控制等多学科的综合优化。

另一个关键技术是动力系统与平台的兼容性改造。氢燃料电池飞机需要在平台中集成电池堆、功率调节系统、热管理系统和电动机等部件；氢燃料涡轮发动机则需要集成燃烧系统、燃料泵和控制系统；而混合动力系统则需要同时集成多种动力源及其协调控制系统。辽宁通用航空研究院研制的RX4M四座电电混合动力飞机采用模块化设计理念，由实验室设计，并通过实验室技术转化的国创氢能公司集成，突破了高效轻量化空气供给、氢气引射回流、一致性、综合热管理等系列关键技术。这种产学研结合的开发模式，为氢能源飞行平台适应性改造提供了成功经验。

3.3 特殊测量与试飞验证评估技术

氢能源动力试飞需要一套特殊的测量技术来评估发动机性能和安全性。与传统航空发动机相比，氢燃料涡轮发动机的测量需要重点关注氢气流量、燃烧温度、排放成分和系统泄漏等参数。氢气流量测量面临挑战，因为氢气密度小、粘度低，传统的流量测量设备可能需要调整或更换。氢燃烧温度极高，需要开发耐高温的测量传感器。排放成分测量虽然简单（理想情况下只产生水蒸气），但仍需监测可能的氮氧化物等副产物。

试飞验证科目需要针对氢能源动力特点精心设计。中国航发动研所的氢燃料涡喷发动机飞行验证分为两个阶段，包括"多高度氢涡喷空中起动点火、氢涡喷主动力巡航飞行、氢涡喷空中加减速测试"等科目。这些科目旨在验证氢涡轮发动机在不同飞行状态下的工作稳定性、可靠性和性能表现。对于氢燃料电池航空器，试飞验证则需要关注电池堆在不同高度、温度条件下的性能变化，热管理系统的有效性，以及混合动力系统模式切换的稳定性等。

安全监测是氢能源动力试飞测量的重点。需要在潜在泄漏点、火焰检测和氢气浓度监测等方面布置专门的传感器。特别是在氢燃料涡轮发动机试飞中，需要实时监测发动机状态和氢气供应系统，确保任何异常都能被立即检测并采取适当措施，如紧急排空氢气或切换到备用系统。中国航发动研所能够成功完成氢燃料涡喷发动机飞行验证，表明我国已建立一套完整的氢航空发动机试飞安全监测体系。

3.4 安全防护与控制及试飞配套设施

氢能源动力试飞的安全防护技术是确保飞行试验成功的首要条件。氢气的安全挑战主要来自于其易燃易爆的特性（空气中燃烧极限为4%-75%）、氢脆现象（氢气进入金属导致脆化）以及液氢的低温风险。针对这些风险，需要采取多层次安全防护措施：一是预防性设计，如采用双重密封、氢泄漏检测和自动切断系统；二是隔离措施，将氢系统与潜在点火源隔离，并在储氢容器周围设置防护结构；三是应急处理，如开发紧急排氢系统和火灾抑制系统。

在飞行控制方面，氢能源动力系统对控制精度和响应速度有更高要求。氢燃料涡轮发动机需要精确控制氢气流量和燃烧过程，以防止回火和振荡燃烧；氢燃料电池系统需要精细管理空气供应和湿度控制；混合动力系统则需要智能分配不同动力源的能量输出。中国航发动研所氢能团队以"铸心"新长征党员突击队为战斗先锋，先后攻克了氢涡轮发动机总体、燃烧、控制等关键技术，表明我国已在氢航空发动机控制技术方面取得突破。

试飞配套设施是支持氢能源动力飞行试验的重要保障。地面支持设备包括氢燃料加注系统、地面测试台和安全监测系统等。中国航发动研所的氢燃料涡喷发动机飞行验证中，70MPa氢储控/加注系统由株洲国创中心提供技术保障，表明我国已具备高压氢航空加注能力。此外，专门的试验场地也需要满足氢能源飞行试验的安全要求，包括适当的隔离距离、消防设施和应急处理方案。随着氢能源航空技术的发展，专门的氢航空试验机场或试验空域也将逐步建立，为氢能源动力飞行试验提供更专业的保障。

3.5 适航符合性研究与认证框架

氢能源动力航空器的适航认证是其在商业领域推广的法律和技术基础。目前，全球航空适航当局正在逐步建立氢能源航空器的适航标准和方法。传统航空适航法规是基于传统燃油飞机建立的，对于氢这种新型能源形式，需要制定特殊的适航条款。美国联邦航空管理局（FAA）和欧洲航空安全局（EASA）都已开始研究氢能源航空器的适航要求，并发布了初步指南文件。

中国在氢能源航空适航研究方面也在积极推进。2023年1月，河南省君恒实业集团生物科技有限公司的可持续航空燃料获得中国民航局适航批准，标志着中国首家民营石化企业生产的可持续航空燃料正式获得适航批准，并可投入商业使用。这一案例为氢能源航空动力的适航认证提供了参考。同时，在团体标准方面，中关村氢能与燃料电池技术创新产业联盟发布了T/ZHFCA 1010—2024《液氢燃料电池电动商用车 动力性能试验方法》团体标准，虽然针对的是商用车辆，但其试验方法和技术要求对航空领域也有借鉴意义。

氢能源动力适航符合性研究需要重点关注氢气泄漏风险、储氢系统完整性、防火防爆设计和应急程序等方面。适航验证需要通过分析、试验和演示证明氢能源动力系统在预期运行条件下的安全性。对于氢燃料涡轮发动机，还需要验证其在各种飞行条件下的稳定工作和安全启动能力。中国航发动研所成功完成的氢燃料涡喷发动机飞行验证，为适航符合性研究提供了宝贵的飞行数据，为我国制定氢能源航空动力适航标准提供了技术支撑。

四、氢能源动力航空发展挑战与展望

4.1 技术挑战与瓶颈

尽管氢能源动力航空技术取得了显著进展，但在商业化推广前仍需克服多项技术挑战。首先是能量密度问题，无论是液氢还是高压气态氢，其体积能量密度仍低于传统航空燃油，这意味着相同能量需求的氢动力飞机需要更大的燃料存储空间，可能会挤占有效载荷空间。其次是氢燃料系统重量的挑战，包括储氢罐、隔热系统、输送管路和安全装置在内的整个氢燃料系统重量，可能抵消氢本身高能量密度的优势。

低温技术是液氢存储必须面对的挑战。液氢需要在-253℃的超低温下储存，对储罐的绝热性能提出极高要求。过高的蒸发率会导致飞行过程中氢气的损失，影响航程并带来安全风险。特别是在长时间飞行或航班延误情况下，如何控制蒸发损失是一个关键技术难题。

氢燃料涡轮发动机技术仍需进一步成熟。虽然中国航发动研所成功完成了千牛级氢燃料涡喷发动机的飞行验证，但要将氢燃料涡轮发动机应用于商用大型飞机，还需要在燃烧效率、氮氧化物控制、系统集成等方面进行更多研究。氢气与航空煤油的燃烧特性有很大不同，需要重新设计燃烧室，确保稳定、高效的燃烧，同时控制氮氧化物排放。

4.2 基础设施与经济性挑战

氢能源航空的推广离不开地面基础设施的支持，包括氢的生产、液化、运输和加注等环节。目前，航空专用的氢燃料基础设施几乎空白，建设需要大量投资。福大紫金氢能科技股份有限公司发布的氨制氢加氢一体站项目，虽然主要针对地面交通，但其"可再生能源—氢—氨—储能—应用"的零碳循环路线为航空领域提供了可借鉴的模式。预计到2025年，电动通航飞机将投入商业应用，但氢动力大型客机的商业化可能要到2035年后。

经济性是氢能源航空能否成功商业化的关键因素。目前，氢燃料的成本远高于传统航空燃油，氢动力飞机的制造成本也较高。但随着氢能产业规模的扩大和技术进步，氢燃料成本有望显著下降。福大紫金氢能科技股份有限公司的氨制氢加氢一体站项目使终端氢价降至约30元/公斤，较常规方式降低50%，显示了通过技术创新降低氢燃料成本的潜力。

4.3 未来发展趋势与路径展望

氢能源动力航空技术的发展将呈现多元化技术路线并进的趋势。短期内，氢燃料电池技术将主要应用于小型通用航空器和城市空中交通车辆；中期来看，氢燃料涡轮发动机可能在中短程干线飞机上实现应用；长期而言，随着技术突破，氢能源动力有望应用于远程宽体客机。中国在《绿色航空制造业发展纲要（2023—2035年）》中明确提出，"十四五"期间，小型航空器以电动为主攻方向，干支线等大中型飞机坚持新型气动布局、可持续航空燃料和混合动力等多种路线并存；同时，积极探索氢能源、液化天然气等技术路线，前瞻布局未来产业。

技术融合创新将成为氢能源航空发展的重要特征。氢能源动力将与新型气动布局、轻量化材料和智能控制技术相结合，全面提升航空器的环保性能和经济性。空中客车公司推出的采用翼身融合混合动力的概念飞机，就是这种技术融合的典型案例。中国商用飞机有限责任公司展示的"灵雀M"验证机也采用了全新的气动布局，表明我国也在积极推进航空技术的多学科融合创新。

五、氢能源动力梳理总结

氢能源动力作为航空业实现"双碳"目标的战略路径，其技术发展和试飞验证已成为全球航空界的焦点。通过对氢能源动力试飞关键技术的系统分析，可以得出以下结论：

首先，氢能源动力航空技术多元化发展格局已经形成。氢燃料电池、氢燃料涡轮发动机和氢内燃机三条技术路线各自针对不同的应用场景，共同推动航空动力技术的变革。中国等国家在多条技术路线上都取得了显著进展，如中国航发动研所的千牛级氢燃料涡喷发动机完成了国内首次氢燃料航空涡轮动力飞行验证，辽宁通用航空研究院开发的RX4M四座电电混合动力飞机则展示了我国在氢燃料电池航空领域的实力。

其次，氢能源动力试飞是一项复杂的系统工程，需要突破氢存储输送、飞行平台改造、特殊测量、安全防护和适航认证等多项关键技术。这些技术挑战需要航空工业、能源行业、科研机构和适航当局的紧密合作才能克服。中国在氢能源动力航空技术方面已建立起较为完整的研发体系，从基础研究、技术开发到飞行验证，形成了产学研结合的良好格局。

第三，氢能源动力航空技术的发展需要基础设施、政策支持和市场环境的协同推进。从欧盟的"清洁航空"伙伴关系到中国的《绿色航空制造业发展纲要》，各国政府通过战略规划和政策引导加速氢航空技术成熟。基础设施方面，福大紫金氢能科技的氨制氢加氢一体站等项目为氢能源航空提供了燃料供应方面的解决方案。

展望未来，氢能源动力航空技术将继续快速发展，并在2035年左右实现初步商业应用。但在此之前，仍需在氢燃料系统能量密度、低温存储技术、发动机燃烧效率和成本控制等方面取得进一步突破。随着技术创新的深入推进和全球合作的加强，氢能源动力有望在21世纪中叶成为航空能源体系的重要组成部分，为全球航空业实现净零碳排放目标提供关键技术支撑。

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