克兰菲尔德航空航天公司研发了氢动力飞行器

推动一场革命需要各种各样的人。虽然有些人在屋顶上大肆宣扬每一个成就和里程碑，但其他人更喜欢在雷达下安静地工作，只有在他们确信自己有什么可以大喊大叫的时候才会露面。Cranfield Aerospace Solutions (CAeS)就是这样一家公司。

CAeS最初是在20世纪90年代末从贝德福德郡的克兰菲尔德大学分拆出来的，它为一些航空航天领域的大公司提供设计、维护和修改工作，从而赢得了声誉。但当现任首席执行官、前空客和泰雷兹高管保罗·赫顿于2015年上任时，他发现了一个机会，可以将这一来之不易的专业知识应用于民航面临的最大挑战——推动净零排放——并制定了一项雄心勃勃的战略，将公司转变为世界领先的零碳飞机设计师和制造商。

这一愿景的核心是一项名为Fresson项目(以苏格兰航空先驱Ted Fresson命名)的计划，该计划分为多个阶段，旨在提供商业氢动力飞行，最初用于区域和次区域飞行。虽然该公司的一些传统工作仍在继续，例如CAeS仍然负责保持BBMF(不列颠战役纪念飞行)喷火式战斗机和飓风式战斗机在空中飞行，但Fresson现在是主要关注的领域。

作为这条道路上的第一步，该公司目前正在用氢燃料电池推进系统改装布里顿-诺曼岛人(Britten-Norman Islander)(一种9座轻型通用飞机和支线飞机，仍在世界各地服役)。按照目前的计划，这架样机将在明年年初左右升空，不久之后就会推出产品。除此之外，该公司希望扩大规模，并将其技术应用于越来越大的飞机上，最终将自己定位为世界领先的净零飞机制造商。

我们的目标是把整个飞机的设计和制造带回英国

Robert Marsh - CAeS工程总监

克兰菲尔德大学工程总监Robert Marsh解释说，这是一个雄心勃勃的目标，它代表了从传统焦点的根本转变，但这是一个建立在现有专业知识基础上的转变。“我们已经拥有了一个经验丰富、技术娴熟的设计、生产和维护组织，拥有一系列民航局(Civil Aviation Authority)的批准，拥有一系列技能，以及所有这些流程的基础。所有这些专业知识都适用于弗雷森。”

“我们是搞飞机的，”首席战略官珍妮·卡瓦纳(Jenny Kavanagh)补充说，“我们了解对飞机进行改装后，它的性能和行为会发生什么变化。我们有大约30年根深蒂固的飞机知识，这是你需要对飞机进行如此巨大的修改。

她声称，正是这种血统，加上更容易与年轻公司联系在一起的灵活的创业思维，使该公司比其他新进入该领域的公司更具优势。“这些新公司的部分吸引力在于，它们会提出棘手的问题。当你试图颠覆一个行业的技术时，你就需要它。我们的卖点之一是我们提出这些问题并挑战规范，但我们也有30年的经验。”

该公司还采取了一种明显不同的方式来对待这些相对较新的公司。例如，ZeroAvia(可能是区域飞行氢-电领域最知名的组织)主要专注于混合动力系统IP的开发，而CAeS则更关注如何将可认证的氢推进系统集成到飞机上的实践知识。“这是关于如何引入不同的技术并适当地优化它们，以获得不仅证明物理的东西，而且是可认证的和商业上可行的东西。这就是我们看到的真正的难题。”卡瓦纳说道。

Marsh解释说，要解决这个难题，会带来一系列重大的工程挑战，尤其是需要采用“3D俄罗斯方块”式的包装方法，即需要将电力推进单元集成到最初为活塞发动机设计的机舱中。

他说，最大的挑战之一是尽可能地减少质量:“我们引入的系统本质上比传统系统更重，因此在降低新系统的质量和节省其他领域的质量方面，质量都是一个挑战。”

另一个主要障碍与热管理有关;由于燃料电池的工作温度为70°C，与环境温度约为50°C之间的差异相对较小，因此很难在不产生显著额外质量的情况下排出废热。马什说:“如果你用传统的汽车散热器来做，那它就太大了，飞机都飞不起来。”为了解决这个问题，该团队一直在与Reaction Engines合作，开发一种轻便、紧凑、低阻力的热交换器，该热交换器借鉴了该公司在SABRE火箭发动机上的开创性工作。

随着这些问题和其他关键问题的解决方案到位，该团队正准备在计划于2024年第一季度进行首次演示飞行之前进行地面测试。

假设这一切按计划进行，一个完整的飞行测试项目将紧随其后，一个商业产品——或者更准确地说，一个补充型号证书(STC)给予全面的监管批准来修改Islander——最早可能在2026年到位。卡瓦纳表示，该公司已经在探索一些潜在市场，预计首批应用将在英国，随后不久将在欧洲推出。

该团队还关注着Fresson项目的下一阶段，该项目将探索将这一概念扩大到更大、更强大的飞机。为了提供所需的航程，这架后继飞机将使用液态氢而不是气态氢，该公司目前正在探索适合19座左右的改装候选飞机。

除此之外——以及更远的未来——它希望进入清洁设计的领域。卡瓦纳说:“改装只能让你走这么远。氢技术对机身设计的影响如此之大，以至于你很快就会被优化为使用煤油或汽油的机身所限制。”如果你真的想要一架能够充分利用氢推进系统的飞机，机身就需要与推进系统共生。”她说，这些下一代的氢动力飞机将看起来非常不同。“液态氢的体积是煤油的四倍，所以你必须在不减少一半座位的情况下设计一个能容纳这么大体积的机身。这种飞机可能更大，翼展可能更大，当然形状也会有所不同。”

然而，与此同时，关键的焦点是让“岛民”升空，虽然这架微型飞机最初不会对民航的全球排放产生太大影响，但卡瓦纳认为，它的成功将标志着该行业向更清洁的推进形式过渡的重要时刻。“次区域航空的排放量占该行业排放量的不到1%，所以让我们明确一点，这些飞机不会使航空业脱碳。但我相信像CAeS这样的组织的成功将标志着一个重要的转折点……这些小型飞机的黄金在于它们所带来的便利。而是要跨越那个界限。”

虽然在实现这一雄心勃勃的愿景过程中有许多重大的技术障碍需要克服，但该公司目前面临的最大挑战可能是找到合适的技能组合。

近年来，该公司发展迅速，在过去五年中，员工人数增加了一倍多，达到120人左右。但它现在需要更快地增长，目前正在寻找来自各个部门和学科的工程师，特别是在氢领域。

随着其他公司也在这个新兴领域寻找机会，对这些下一代航空航天工程师的竞争非常激烈，但Marsh认为，没有什么比cae更令人兴奋的目的地了。他说:“来到这里的人明年将看到世界一流的技术腾飞，而能提供这种技术的工作岗位并不多。”“我们的目标是把整个飞机的设计和制造带回英国，所以为我们工作意味着你将成为——我们希望——一个成功的‘英国空中客车’的一部分，一个真正的飞机制造商，在那里你可以看到飞机下线，飞出大门。”