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1、 NEW ENERGY AIRCRAFTNEW ENERGY AIRCRAFT DEVELOPMENT WHITE PAPERDEVELOPMENT WHITE PAPER 中國航空工業發展研究中心 2024年11月 新能源飛行器發展白皮書（2024）新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）序 新能源飛行器是使用電、氫等新型能源以減少航空運輸業對化石能源依賴的一種飛行器，是貫徹綠色航空、應對全球環境挑戰的重要舉措，是幫助我國航空產業實現雙碳戰略目標的必然選擇，同時也是“第三航空”時代的重要標志。自 2016 年以來，城市空運和電動垂直起降（eVTOL）飛行器開啟了新能

2、源航空領域第一輪創新與變革熱潮，氫能、可持續航空燃料（SAF）等能源形式也緊隨其后，全方位推動通航、干支線領域的新能源化。2023 年 12 月，中央經濟工作會議提出打造低空經濟等戰略性新興產業，作為低空經濟的重要載體，新能源飛行器再次被推上發展高峰。為把握航空產業變革關鍵機遇，指引我國新能源航空未來發展方向，中國航空研究院和中國航空工業發展研究中心先后發布了電動飛機發展白皮書（2019）和新能源飛行器發展展望（2022），聚焦重點領域關鍵技術，制定新能源飛行器發展戰略規劃，在我國綠色航空產業轉型升級的關鍵時期起到了重要引領作用。全球新能源航空的發展日新月異，僅在 2023 年就有超過150

3、個新型號立項，多款 eVTOL 飛行器投入試點運營，億航獲得全球首張局方頒布的載人 eVTOL 型號合格證，氫動力支線飛機實現從零到一的首飛，可持續航空燃料的投產規模不斷擴大。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）全球新能源航空產業在過去四年中規模翻了一番，吸引了大量企業、資本團體、科研機構跨界參與，美國、英國、法國等國家相繼發布新能源航空發展規劃，從單一的電動飛機轉向電能、氫能、可持續航空燃料多種能源形式同步發展，從 eVTOL 和新能源通航飛機逐步向更大尺寸的干支線飛機發展。為更好把握全球新能源飛行器發展態勢，引領國內新能源飛行器的技術發展和產業布局，培育低空經

4、濟新經濟增長極，中國航空工業發展研究中心在電動飛機發展白皮書（2019）和新能源飛行器發展展望（2022）的研究基礎上，正式發布新能源飛行器發展白皮書（2024），分析新能源飛行器的發展必要性，明確新能源飛行器的定義和分類，制定我國新能源飛行器發展規劃，提出產業發展建議。白皮書提出我國應當堅持多技術路線并舉，小型飛行器以電動為主攻方向，干支線等中大型飛行器加快探索氫能、可持續航空燃料等新能源方案，大力推進低空經濟產業化進程，積極開拓全球航空市場，通過傳統民機賽道和新能源賽道的共同發力，實現航空產業發展的“換道超車”。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）目 錄 1

5、前言前言.1 2 發展必要性發展必要性.3 2.1 新能源飛行器是航空產業實現綠色發展的必然選擇.3 2.2 新能源飛行器是我國追趕世界航空強國的重要領域.5 2.3 新能源飛行器面臨良好的國內產業基礎和發展機遇.6 3 定義與分類定義與分類.8 3.1 新能源飛行器的定義.8 3.2 新能源飛行器的分類.8 4 發展發展規劃規劃.11 4.1 不同新能源技術的優勢區間.11 4.2 新能源飛行器技術發展目標.13 4.3 關鍵技術發展預測.14 4.4 氫能飛機概念設計.16 5 關鍵技術關鍵技術.19 5.1 總體設計技術.19 5.2 高效電推進技術.20 5.3 能量綜合管理技術.22

6、 5.4 能源系統技術.23 5.5 氫渦輪推進技術.25 5.6 氫燃料存儲技術.25 5.7 氫能生產與使用技術.27 5.8 可持續航空燃料技術.29 6 發展措施發展措施.32 附錄附錄 縮略語和專有名詞表縮略語和專有名詞表.34 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）1 中國航空工業發展研究中心 1 前言前言 航空研究的戰略推動力包括全球機動、環境挑戰、技術聚焦 3 個方面，通過電能、氫能和可持續航空燃料等新能源技術實現向低碳航空動力的過渡，是應對環境挑戰的主要舉措。NASA 研究認為，電推進飛機可以實現節能超過 60%、減排超過 90%、降噪超過 65%

7、的潛在收益1，歐盟認為氫動力飛機是實現歐洲 2050 碳排放要求的唯一途徑2。近年來，全球范圍內興起新能源飛行器技術發展熱潮。據不完全統計3，截至 2024 年 10 月，全球范圍內新能源航空企業已超 300 家，在研項目超過700個，其中大部分企業和項目集中在美國、中國和歐洲地區。億航EH216-S 獲得全球首證，多款 eVTOL 飛行器開展試點運營，氫燃料電池渦槳支線飛機完成首飛，長航程、大載客量的新能源商用飛機項目不斷涌現?？湛?ZEROe、英國政府 FlyZero、歐盟“氫能航空 2050”等計劃提出要在 2035 年前將氫動力支線飛機投入市場，2050 年前實現氫動力干線飛機的大規模

8、應用，全球新能源飛行器的發展已邁入快車道。2016 年，國際民航組織（ICAO）提出了 CORSIA 計劃，目標是到 2050年航空運輸業碳排放量降低至 2005 年同期的一半水平。ICAO 要求從 2027年開始強制實施 CORSIA 機制，按照航空運輸增量分攤減排責任。2020 年我國正式提出 2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和的雙碳戰略目標，明確要求制定交通行業碳達峰行動方案，編制碳中和技術發展路線圖，加快發展新能源、航空航天等戰略性新興產業。2021 年中國民航局和國家發改委等單位聯合印發“十四五”民用航空發展規劃，明確要求 2025 年航空運輸噸 1 NASA 格林研究中心電

9、力推進系統研究,Electric Propulsion System Studies.2 歐盟2050 年目標：歐洲航空零排放之路,Destination 2050:A Route to Net Zero European Aviation.3 羅蘭貝格咨詢公司綠色航空旅行開拓新視野,Green Air Travel Reaches for New Horizons.美國垂直飛行協會世界 eVTOL 飛行器目錄，World eVTOL Aircraft Directory.SMG 咨詢公司先進空中交通報告，Advanced Air Mobility Report.新能源飛行器發展白皮書（新能源

10、飛行器發展白皮書（20242024）2 中國航空工業發展研究中心 公里二氧化碳排放量相比 2020 年下降 4.5%，單位旅客能耗下降 10%。雖然噸公里二氧化碳排放量和單位旅客能耗在持續下降，我國航空運輸業二氧化碳排放總量仍在逐年增加。根據我國民航局在新冠疫情前的統計數據4，2020 年以前中國航空運輸業二氧化碳排放量年均增幅為 14.8%。根據國際航空運輸協會（IATA）和中國航空運輸協會的統計5，2023 到 2024 年全球和我國的民航業復蘇情況遠超預期。隨著航空運輸業的不斷復蘇，我國的航空減碳任務面臨巨大壓力。表 1 全球典型新能源飛行器項目 項目/型號 國家 企業/機構 技術方案

11、所處階段 技術特點 億航 EH216 中國 億航 電推進 獲得型號認證 2 座，多旋翼 eVTOL VoloCity 德國 Volocopter 電推進 適航取證中 2 座，多旋翼 eVTOL Joby S4 美國 Joby 電推進 適航取證中 5 座，傾轉旋翼 eVTOL V2000CG 中國 峰飛 電推進 貨運型完成取證 5 座，復合翼 eVTOL RX4E 中國 銳翔 電推進 適航取證中 4 座，固定翼輕型飛機 Alice 以色列 Eviation 電推進 完成首飛 9 座，渦槳支線飛機 HY4 德國 H2FLY 氫動力 完成首飛 4 座，固定翼雙體飛機 Gullhyver 法國 ONE

12、RA 氫動力 概念設計 200 座，雙泡升力體機身 ZEROe 法國 空客 氫動力 地面試驗 三種型號同步推進 ZA600/2000 美國 ZeroAvia 氫動力 完成首飛 19 座，氫燃料電池 在新能源飛行器領域，目前國內外仍處于發展早期階段。以新能源航空引發的技術革新為契機，我國航空業應當大力發展新能源飛行器，攻克綠色低碳航空關鍵技術，迅速追趕世界先進水平，增強在全球范圍內的市場競爭力，同時帶動我國多個相關產業的整體發展，為實現航空強國提供重要支撐，搶占未來航空產業的市場和技術制高點，實現綠色低碳航空轉型。4 中國民航局 2015-2022 年民航行業發展統計公報 5 數據來源：國際航空

13、運輸協會“航空客運定期數據”-2023 年 1 月到 2024 年 9 月 中國航空運輸協會“中國民航主要生產指標統計”-2023 年 1 月到 2024 年 9 月 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）3 中國航空工業發展研究中心 2 發展發展必要性必要性 2.1 新能源飛行器是航空產業實現綠色發展的必然選擇 從第一架飛機發明到現在有超過 100 年的歷史，飛機對擴大人類的活動空間、加快社會經濟的發展和節約人類交流的時間起到了極大的推動作用，但帶來許多便利的同時也對人類賴以生存的環境造成了危害。全球航空業快速發展對環境造成的危害主要體現在以下三點：首先飛機飛行帶

14、來的化石燃料廢氣排放必然導致空氣污染；其次由于發動機排放的溫室氣體必然加速全球變暖，導致更嚴重的環境問題；最后在飛機起飛和降落時，巨大的噪聲會對機場附近的生產生活帶來影響。研究表明6，目前航空運輸業碳排放量約占全球碳排放總量的 2.5%4%，隨著航空旅客量的快速增長，民航正在成為碳排放上升勢頭最快的行業。從 20 世紀 70 年代開始，世界航空運輸旅客周轉量大約 15 年翻一番，預計今后 20 年將以每年 4.6左右的速度持續增長7。按照旅客周轉量的增長速度，2050 年航空業的二氧化碳排放量將達到 18 億噸，較 2022 年水平增長超三倍8，航空運輸對環境的壓力持續增大，如何緩解飛機對環境

15、的影響已經成為亟待解決的問題。根據相關分析數據，飛機航空燃料的燃燒是航空運輸業碳排放的首要來源，達到了航空運輸業碳排放總量的 79%。航空燃料燃燒的碳排放大多由窄體和寬體干線飛機產生，分別占了43%和37%；貨運飛機次之，占比為15%；支線飛機的碳排放占比為 5%；而通航飛機的占比最少，僅為 0.02%。從減少航空碳排放的角度來說，降低飛機燃料燃燒的碳排放是航空綠色低碳發展的關鍵，尤其是要減少以干支線航班為主的民航運輸碳排放。6 國際能源署（IEA）2024 年全球能源展望報告,World Energy Outlook 2024.7 國際航空運輸協會（IATA）2023 年全球客運市場分析報告

16、,Air Freight Market Analysis 2023.8 氣候行動追蹤組織（Climate Action Tracker）航空業統計數據 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）4 中國航空工業發展研究中心 圖 1 全球航空運輸業的碳排放占比9 如果不采取任何措施，我國航空運輸業碳排放可能會以 14.8%的年均增幅持續增長。根據預測10，通過改善氣動布局和發動機結構、使用綠色材料、提高航空燃料生產工藝、優化機隊結構、提升空管運行效率等多種手段，可以實現 29%的中等幅度降碳減排，但距離 2060 年碳中和目標仍有較大的差距。使用新能源技術是實現航空產業綠

17、色發展目標的必然選擇，新能源飛行器的大規模應用以及電、氫等能源的綠色生產可以貢獻 71%的減碳指標。圖 2 2024-2060 年我國航空運輸業碳排放預測和減排路線圖 9 根據法國巴黎銀行（BNP Paribas）和國際清潔交通委員會（ICCT）的數據分析得到。10 基于國內歷史數據和中國民航局2022 中國民航綠色發展政策與行動進行預測，同時參考了美國聯邦航空管理局（FAA）美國 2021 航空氣候行動計劃等國外戰略文件。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）5 中國航空工業發展研究中心 2.2 新能源飛行器是我國追趕世界航空強國的重要領域 近年來，作為世界航空業

18、先進水平的代表，美國和歐洲多家飛行器制造商與科研機構高度關注新能源飛行器研究。NASA 于 2015 年提出了電動飛機發展路線圖，在多條技術路線同步開展研究?？湛凸剂巳?ZEROe 氫動力概念機，目標在 2035 年前推出全球首款零排放商用飛機，目前已完成兆瓦級氫燃料電池動力系統的地面試驗，同時聯合賽峰、達索等公司啟動VOLCAN 計劃，以 A319 Neo 飛機為載體促進可持續航空燃料的大規模應用?；裟犴f爾持續開發電動航空市場，AAM（先進空中交通）部門已獲得超 100億美元訂單。Archer 和 Joby 公司在美軍“敏捷至上”項目的資助下開始交付 eVTOL 飛行器。ZeroAvia

19、 完成多尼爾 228 氫燃料電池改裝飛機試飛。新能源飛行器已經在多個國家掀起了發展熱潮。圖 3 國外新能源飛行器典型產品 我國在新能源飛行器領域也開展了多項技術與產品研究工作。在能源動力領域，依托電動汽車行業，商用鋰電池能量密度已超過 250Wh/kg，寧德時代發布的凝聚態航空電池能量密度號稱可達 500Wh/kg，躋身世界前列，并與商飛成立合資公司商飛時代，共同開展電動飛機研發；在小型載人新能源飛行器領域，遼寧通用航空研究院研制的銳翔系列電動飛機 RX4E，深圳億航公司研制的 EH216-S，上海峰飛公司研制的 V2000CG 均已取得突破性進新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（

20、20242024）6 中國航空工業發展研究中心 展，其中億航 EH216-S 在 2023 年 10 月獲得了中國民航局頒發的全球首張載人 eVTOL 飛行器型號合格證，峰飛 V2000CG 貨運型在 2024 年 3 月獲得全球首張噸級以上 eVTOL 飛行器型號合格證；在新能源商用飛機領域，中國航空研究院、航發 608 所、北航、西工大等研究機構和高校開展了新概念布局和關鍵技術研究，聚焦總體布局方案、電推進系統、超導動力傳輸等重點研究方向。圖 4 我國新能源飛行器典型產品 全球航空產業由于高門檻、高依存度、高投入/高附加值的特點，行業壁壘極高，先發優勢明顯，領頭企業具有較強的壟斷地位。我國

21、的航空產業起步較晚，在技術儲備、產業鏈發展、市場份額、品牌價值、標準與法律制定等方面明顯落后于歐美航空強國，很難在短期內縮短傳統化石能源航空產業的差距。以新能源飛行器為代表的全球航空產業“綠色低碳”轉型是我國航空產業的重大機遇，有望打破歐美航空強國的壟斷地位，解決國產航空發動機“卡脖子”問題，實現航空產業發展的“換道超車”。2.3 新能源飛行器面臨良好的國內產業基礎和發展機遇 截至目前，已有超過 30 家國內整機研制企業進入新能源飛行器領域，億航、峰飛等企業研發的 eVTOL 飛行器達到世界先進水平，中國航空研究院、中國航發研究院、商飛北研、北航、南航、西工大等單位陸續開展新能源飛行器關鍵技術

22、探索。我國新能源汽車、軌道交通等行業快速發展，培育新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）7 中國航空工業發展研究中心 了一批有國際競爭力的電池、電機及控制器企業，相關技術優勢可以有效提升我國新能源飛行器產業鏈的整體競爭力，電池產業龍頭企業寧德時代已經與商飛成立合資公司商飛時代，共同進軍新能源飛行器領域。整體來看，我國新能源飛行器發展具備良好基礎。我國龐大的市場需求提供了足夠的內需動力，低空經濟產業的后發優勢明顯，尤其是在航空物流配送、城市空中交通等新興領域具有全球獨一無二的市場需求。另外，隨著我國環境保護和能源危機意識的增強，以及低空空域的逐步開放，新能源飛行器具有

23、廣闊的市場前景。國家機關和地方政府頒布了多項政策文件支持新能源飛行器的發展。2023 年 10 月，工信部等四部門聯合發布 綠色航空制造業發展綱要（2023-2035 年），部署我國綠色航空產業“換道超車”的新任務和新路徑。12月，中央經濟工作會議明確將低空經濟作為我國戰略性新興產業之一，提出打造和大力發展低空經濟，開辟產業新賽道。深圳、合肥、長沙等城市相繼出臺低空經濟發展政策，億航、峰飛等企業在政策支持下逐步開展城市空運試點運行。在國家的鼓勵和支持下，我國新能源飛行器產業正在進入快速發展階段。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）8 中國航空工業發展研究中心 3

24、定義定義與分類與分類 3.1 新能源飛行器的定義 新能源飛行器是以實現未來零碳排放飛行為目標，使用電、氫能等新型能源來減少航空運輸業對污染大的化石能源依賴的綠色航空技術新型飛行器。新能源飛行器是滿足國防裝備建設、碳中和、航空電氣化等國家重大戰略需求的關鍵核心，應符合以下條件：（1）全生命周期內降低溫室氣體（以二氧化碳為主）排放；（2）對環境友好，保護生態系統，保障生物多樣性；（3）具有技術可實現性；（4）具有經濟價值及市場競爭力。3.2 新能源飛行器的分類 中國大百科全書將航空器（飛行器）分為氣球、飛艇、滑翔機、飛機、直升機、自轉旋翼機、傾轉旋翼機和撲翼機共八類。無論是傳統的燃油動力還是電驅動

25、、氫能等新能源動力，均遵循以上分類方式。傳統的民用航空范疇包括通用航空和公共航空運輸兩種，近些年又催生出城市空運、無人機作業等新應用領域。從應用場景的角度，新能源飛行器可粗略分為電動垂直起降（eVTOL）飛行器、新能源通航飛機以及干支線飛機等，其中 eVTOL飛行器又分為多旋翼、復合翼、傾轉旋翼等構型。圖 5 中國大百科全書對航空器的分類 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）9 中國航空工業發展研究中心 eVTOL 作為一種新式的飛行器，其在定義和分類上與傳統的直升機、無人機之間有著密不可分的聯系，同時也極易被混淆。從航空行業的視角來看，電動垂直起降（eVTOL）

26、飛行器可以拆分為“電動”和“垂直起降”兩個屬性，前者表示動力來源，后者表示飛行能力。垂直起降飛行器和直升機可以看作是同一類產品的不同表述形式，直升機不只有常見的“單旋翼+尾槳”構型，也有多旋翼、傾轉旋翼和復合翼等構型，一般認為 eVTOL 和直升機的區別主要在于動力方式的不同。FAA 將具有飛機和直升機特性的飛行器定義為“動力升降”類飛機，其中就包括 eVTOL 飛行器。圖 6 不同動力來源和構型的垂直起降飛行器 eVTOL 和無人機的核心區別在于是否有“人”，而與構型、尺寸等因素無關。一般認為有人駕駛或者載人的飛行器屬于 eVTOL，無人駕駛且同時載物的飛行器屬于無人機。另一個極易被混淆的概

27、念是 eVTOL 和飛行汽車。飛行汽車作為一種特殊的 eVTOL 飛行器，其核心特征是可以同時滿足地面行駛和空中飛行兩種功能，具備汽車和飛行器的雙重屬性。飛行汽車也分為常規起降構型和垂直起降構型兩種，前者早在上世紀就推出過多個產品，和eVTOL 無直接關系，后者伴隨著近些年電動航空技術的發展逐漸興起，屬于eVTOL 的一個分支。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）10 中國航空工業發展研究中心 圖 7 eVTOL 和無人機、飛行汽車的主要區別 除了從應用場景和構型的角度進行分類，還可以針對新能源飛行器的能源和動力方式進行分類。新能源飛行器從能量來源的角度可分為電能

28、飛行器、氫/氨能飛行器和可持續航空燃料飛行器，其中電能飛行器的能量來源包括作為儲能裝置的動力電池和作為能量轉化裝置的太陽能電池，氫/氨能飛行器的能量來源是氫和氨燃料。新能源飛行器從動力來源的角度可分為電動飛行器、氫/氨動力飛行器和可持續航空燃料飛行器，電動飛行器是所有以電動機為動力來源的飛行器的總稱，電動機的電力來源可以是動力電池和太陽能電池，也可以是氫和氨燃料電池。氫/氨動力飛行器只包含將氫和氨作為發動機燃料的飛行器，其范圍要小于剛才提到的氫/氨能飛行器。另外，使用可持續航空燃料的飛行器單獨歸為一類，以上分類方式暫不包括核動力、飛輪儲能等應用前景尚不明朗的航空動力方案。圖 8 按照能量和動力

29、來源的新能源飛行器分類 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）11 中國航空工業發展研究中心 4 發展發展規劃規劃 本章分為四個小節，4.1 分析了儲能電池、氫燃料電池、氫渦輪和可持續航空燃料四種新能源技術方案的優劣勢和最佳適用區間；4.2 評估了低空經濟和民航應用場景對新能源飛行器的技術能力需求，提出了技術發展目標；4.3 預測了新能源飛行器的技術發展趨勢，梳理了關鍵技術路徑；4.4提出了一種氫燃料電池支線飛機概念設計，并對其性能和應用前景進行了分析。新能源飛行器發展規劃基本框架如下所示。圖 9 新能源飛行器發展規劃基本框架 4.1 不同新能源技術的優勢區間 在我

30、國雙碳戰略牽引的背景下，以航空燃油為動力來源的傳統飛行器難以完成減排降噪目標。新能源技術作為我國八大戰略性新興產業之一，尤其是新能源交通領域在政策支持、技術儲備、產業規模等方面已經有了長足的發展，工業級的鋰電池能量密度超過 250Wh/kg，氫燃料電池系統功率密度接近 1kW/kg，實驗室環境下電機功率密度超過 4kW/kg，高溫超導電機、復合材料氫燃料存儲罐、高效液氮冷卻裝置等技術取得關鍵性突破，總體設計、能源架構、電氣元件等領域不斷發展，已經具備新能源飛行器研制和落地的產業基礎。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）12 中國航空工業發展研究中心 新能源飛行器除

31、了按照能源供給方式和動力產生方式的分類以外，按照用途、航程和載客（貨）量可以粗略地分為通航飛機、eVTOL 飛行器、支線飛機、窄體干線飛機、寬體干線飛機和超大寬體干線飛機。綜合考慮飛機性能指標、技術成熟度、市場需求、產業鏈發展、法律法規等因素，對未來新能源飛行器的技術發展進行預測，得到不同乘客數和航程的新能源飛行器能源動力方案優勢區間如下。其中，不同乘客數和航程對應的新能源飛行器性能包線基于對未來市場和技術發展的預測。圖 10 不同乘客數（載荷）和航程的新能源飛行器能源動力方案優勢區間 面向低空經濟應用場景的 eVTOL、新能源通航飛機等機型（20 座以下）預計在 2025 年左右可投入商業應

32、用，能源方案以儲能電池和氫燃料電池為主。面向傳統航空運輸市場的新能源干支線飛機發展周期較長，預計在 2030年到 2050 年之間投入使用，機型從 20 到 100 座支線飛機（對標新舟 60、ATR-72，可能采用氫燃料電池）逐步向 100 到 200 座窄體干線飛機（對標商飛 C919、空客 A320，可能采用氫燃料電池或氫渦輪）、200 到 400 座寬體干線飛機（對標空客 A350、波音 747，可能采用氫渦輪或 SAF）發展。上述新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）13 中國航空工業發展研究中心 飛機也可以采用混合動力的能源方案。對于 400 座以上的超

33、大寬體干線飛機，目前僅有可持續航空燃料可以滿足其性能要求，其他新能源方案需要根據未來突破性技術的發展情況做進一步的論證。4.2 新能源飛行器技術發展目標 白皮書以滿足低空經濟和民航運輸應用場景需求為標準，預測新能源飛行器能源動力系統的目標技術能力。由于燃料電池、氫渦輪等技術尚處于研究階段，分析樣本和可靠依據較少，因此白皮書僅對技術成熟度相對更高的儲能電池和電推進系統進行預測，在今后的研究中會增加更多的技術能力指標。相關結論如下表所示。表 2 新能源飛行器的技術發展目標預測 技術領域 技術指標 目標技術能力 儲能電池 系統能量密度 500Wh/kg（低空應用場景）1000Wh/kg（民航應用場景

34、）放電倍率 連續放電3C，瞬時放電 5-7C 循環壽命 2000 次 電推進系統 額定功率密度 4 kW/kg 推進效率 96%1 1、儲能儲能電池電池 對于電池能量密度，NASA 認為 eVTOL 飛行器的電池系統能量密度需要達到 500Wh/kg，美國能源部（DOE）認為航空電池的能量密度應當超過1000Wh/kg 才能滿足中型以上商用飛機的飛行需求。綜合考慮各項研究結論，面向 eVTOL、中小型無人機等低空飛行器的儲能電池系統能量密度目標設定為500Wh/kg，面向新能源商用飛機的系統能量密度目標設定為 1000Wh/kg。對于電池放電倍率，NASA 認為電池的最大放電倍率必須達到 3

35、到 5C 才能滿足 eVTOL 在起降或者懸停時的動力系統功率需求。也有研究者認為eVTOL 在降落過程中如果遇到側風、障礙物等突發情況，快速拉起和姿態調新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）14 中國航空工業發展研究中心 整所需的電池瞬時放電倍率將達到 7C。電池放電倍率目標設定為連續放電3C，瞬時放電 5 到 7C，其中 5C 應至少持續 10 分鐘，7C 應至少持續 2 分鐘?？紤]到經濟性等因素，新能源飛行器所需的電池循環壽命應盡量在1000 次以上，也有學者認為需要達到 2000 次才有較好的經濟性。電池循環壽命目標設定為 15測試環境下 2000 次循環充

36、放電后電池容量衰減到 80%。2 2、電推進系統、電推進系統 低空經濟應用場景下的絕大多數低空裝備所需的電動機單機功率不超過 200kW。美歐國家現有的航空電動機產品額定功率密度一般在 2.5 到3.5kW/kg 之間，峰值功率密度可以達到 5 到 8kW/kg，基本能夠滿足輕負載應用場景下的使用需求。如果是電動機功率更高的干支線飛機，相應的功率密度要求也會增加。白皮書認為，對于 100 到 200kW 級電推進系統，額定功率密度目標設定為 4 kW/kg。在航空領域廣泛應用的永磁同步電機效率可以達到 94%95%，越往上提升的難度越大。近些年受到較多關注的超導電機理論效率在 98%以上，但在

37、超導材料、電機強度、可靠性等方面仍存在技術問題，短期內較難實現落地應用。綜合考慮新能源飛行器的功能性能需求，100 到 200kW 級電推進系統的推進效率目標設定為 96%。4.3 關鍵技術發展預測 白皮書采用德爾菲法、趨勢外延法等方法對未來我國新能源飛行器的階段性技術發展指標和技術路徑進行預測分析。技術預測的范圍包括：飛行器本體技術（eVTOL、無人機等低空飛行器，以及干支線商用飛機）；能源系統技術（儲能電池和燃料電池）；動力系統技術（電動機和氫渦輪發動機）?？紤]到技術的長期發展存在較多不確定性因素，預測時間跨度從2025 年到 2035 年。技術指標的預測基準為投產裝備型號可以達到的技術能

38、力水平。相關預測結果如下表所示。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）15 中國航空工業發展研究中心 表 3 2025-2035 年我國新能源飛行器技術發展預測 技術領域 時間節點 技術指標 關鍵技術路徑 飛行器本體 低空飛行器 2025 年 完成多款 eVTOL 飛行器適航取證；電動飛機產業化；新能源通航飛機各項技術成熟度達到6級。分布式電推進系統、高功率電機電控與能量/熱管理系統、總體氣動改型設計、新型氫動力飛機結構設計等。2030 年 eVTOL 開始成熟運營；電動飛機規?；a；新能源通航飛機各項技術成熟度達到 8 級。2035 年 電動飛機年產量持續增加；

39、不同用途的新能源通航飛機適航取證，2035 年之后持續發展。商用飛機 2025 年 完成氫動力飛機和混合動力飛機創新構型設計和總體技術研究。2030 年 實現氫燃料電池渦槳支線飛機商業應用，完成氫渦輪窄體干線飛機概念方案設計與技術攻關。2035 年 完成氫渦輪窄體干線飛機商業應用，探索寬體干線飛機可能技術方向。能源系統 儲能電池 2025 年 儲能電池單體能量密度達到 500Wh/kg，連續放電倍率突破 2.5C，循環次數超過 1000 次，安全性做到不起火，不爆炸。固態電池、鋁空氣電池、硅陽極材料、鋰金屬電池等。2030 年 儲能電池單體能量密度達到 700Wh/kg，連續放電倍率突破 3C

40、，循環次數超過 1500 次，安全性做到不起火，不冒煙，動力不丟失。2035 年 儲能電池單體能量密度超過 1000Wh/kg，連續放電倍率突破 4C，循環次數超過 2000 次，具備無感安全和自修復能力。氫燃料電池 2025 年 燃料電池系統功率密度提升至 1.5kW/kg，額定功率下氫電轉化效率提升至 55%以上。新型電極材料、高效水熱智能管理和控制系統、質子交換膜技術等。2030 年 燃料電池系統功率密度提升至 2kW/kg，額定功率下氫電轉化效率提升至 60%以上。2035 年 燃料電池系統功率密度提升至 2.5kW/kg，額定功率下氫電轉化效率提升至 65%以上。儲氫系統 2025

41、年 質量儲氫密度達到 25%，系統總儲氫量 1.5 噸。存儲輕量化設計、復合材料氫瓶、低溫冷卻系統、機載液氫分配系統等。2030 年 質量儲氫密度達到 30%，系統總儲氫量 3 噸。2035 年 質量儲氫密度達到 35%，系統總儲氫量 6 噸。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）16 中國航空工業發展研究中心 動力系統 電動機 2025 年 航空電機及驅動系統功率突破 500kW，額定功率密度達到 3kW/kg。高功率密度永磁同步電機、高溫超導電機、新型磁性、絕緣、導電材料等。2030 年 航空電機及驅動系統功率突破 1MW，額定功率密度達到 4kW/kg。203

42、5 年 航空電機及驅動系統功率突破 2MW，額定功率密度達到 5kW/kg。氫渦輪 2025 年 發動機總效率（熱效率推進效率）達到 40%，額定功率密度達到 6kW/kg。發動機燃燒室結構、燃料噴射與混合裝置、熱循環系統、發動機冷卻系統等。2030 年 發動機總效率（熱效率推進效率）達到 42%，額定功率密度達到 6.5kW/kg。2035 年 發動機總效率（熱效率推進效率）達到 43%，額定功率密度達到 7kW/kg。4.4 氫能飛機概念設計 20 到 100 座的氫動力支線飛機在未來的五到十年內具有較高的發展價值，既可以驗證電推進、儲氫、能量管理等新能源航空技術，又能加快機場氫能基礎設施

43、建設，對我國新能源航空的全面發展具有重要推動作用。2022年發布的新能源飛行器發展展望 2022分析了兩種氫能混合動力渦槳支線飛機設計方案，白皮書在此基礎上提出一種氫燃料電池支線飛機概念設計，命名為“氫能 1 號”。限于篇幅，白皮書僅對“氫能 1 號”的設計方案和分析結果進行簡單介紹，更多信息詳見相關論文11?！皻淠? 號”使用液氫存儲罐+氫燃料電池+鋰電池+電動機的動力方案，氫燃料電池提供飛行過程中的大部分電力，鋰電池在飛機的起飛和爬升階段進行輔助供電。儲氫罐放置在機身后部（占用大約四排座椅空間），鋰電池放置在機身底部，氫燃料電池和電動機放置在發動機短艙內。依托我國快速發展的新能源裝備、氫能

44、等相關產業，使用國產渦槳支線飛機改裝氫動力的成本和風險相對較低，有望在 2 到 3 年內實現首飛?！皻淠?1 號”的概念圖和設計參數如下所示。11氫燃料電池支線飛機概念設計與性能分析J/OL.航空學報,1-152024-08-30.http:/ 中國航空工業發展研究中心 圖 11“氫能 1 號”支線飛機概念設計圖 根據仿真計算結果，與常規的航空煤油動力飛機相比，采用氫-鋰混合供電的“氫能 1 號”支線飛機理論航程降幅為 31.9%到 43.3%，載客量降幅為 13.3%到 26.7%，商載減少 8.7%，能效提升 5.1%，運營成本增加 46.9%，碳排放減少 87.5%。盡管“氫能 1 號”

45、支線飛機在商載和航程方面無法與常規動力飛機相媲美，其仍可以滿足大部分國內支線航線的使用需求，而且在能量利用效率、碳排放等方面具有較大的優勢。同時，隨著氫燃料生產使用成本的降低和新技術新構型的應用，氫動力飛機的性能劣勢將逐漸縮小。圖 12“氫能 1 號”的商載、能量利用效率和最大航程仿真結果 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）18 中國航空工業發展研究中心 圖 13“氫能 1 號”的運營成本和碳排放強度仿真結果12 對氫燃料電池飛機的設計模型進行敏感性分析可以深入了解各項參數對飛機性能的影響程度，例如燃料電池效率、氫燃料質量比、電機功率密度等。經過計算可知，氫燃料

46、電池效率對飛機性能的影響最大，而燃料電池和電動機的功率體積密度對航程的影響較小。敏感性分析還可以作為優先改進哪些技術的參考。燃料電池效率和儲氫質量比的提高將對飛機航程產生巨大的影響，與之相比，燃料電池和電動機的功率體積密度則對飛機航程的提升幾乎沒有影響。圖 14“氫能 1 號”支線飛機參數敏感性分析 12 表中給出了完全使用氫燃料電池和氫燃料電池-鋰電池混合供電系統兩種方案的性能參數，其中運營成本定義為飛機每運輸 100kg 載荷一公里所需要的各項成本之和，單位是元/PPK，PPK 表示每百千克公里，碳排放強度同理。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）19 中國航

47、空工業發展研究中心 5 關鍵技術關鍵技術 本章分析了新能源飛行器的八項關鍵技術領域總體設計技術、高效電推進技術、能量綜合管理技術、能源系統技術、氫渦輪推進技術、氫燃料存儲技術、氫能生產與使用技術以及可持續航空燃料技術，并在最后給出了關鍵技術圖譜。5.1 總體設計技術 與傳統動力形式相比，電推進系統具有一定程度的功率相對尺度無關性，電動飛機總體設計可突破傳統架構的限制，具有廣闊的設計空間。另一方面，受限于電池等部件功率密度和能量密度水平，與采用傳統動力形式的常規布局飛機相比，電推進系統會影響航程和有效載荷等性能指標，對氣動-結構-推進一體化設計和氣動布局創新設計提出了需求。1 1、氣動、氣動-結

48、構結構-推進一體化設計技術推進一體化設計技術 與傳統燃油飛機相比，新能源飛行器的氣動布局、推進系統設計等具有較高的自由度，且高度耦合，采用傳統的獨立設計方式限制了飛機綜合優化設計水平，開展氣動、結構、動力系統一體化設計能夠有效提高飛機性能。2 2、氣動布局創新設計技術、氣動布局創新設計技術 為滿足新能源飛行器氣動布局設計需求，優化飛機氣動特性，改善飛機飛行性能，可開展以下非常規氣動布局的設計與研究，例如：翼身融合布局將傳統的機身與機翼結構融合，通過一體化設計制造，提高升力、降低結構重量與阻力，從而提高燃油效率，大幅改善飛機的飛行性能，同時可以滿足機上儲氫的空間需求。桁架支撐翼布局與傳統機翼相比

49、，由于桁架承擔了部分載荷，減輕了翼根彎矩，有利于減輕重量，在同等重量下可增加機翼面積，有利于降低阻力，提高升阻比。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）20 中國航空工業發展研究中心 分布式電推進布局在機翼或機身上分布安裝多個螺旋槳/涵道風扇，可提高氣動效率、降低阻力。其中，附面層抽吸技術在飛機尾部安裝嵌入式風扇，通過加速抽吸機身附面層降低阻力，改善氣動性能。國內外企業、高校和科研機構正持續不斷探索新型氣動布局及各種氣動技術的潛力，典型布局和產品型號如下圖所示。圖 15 廣泛應用于新能源飛行器的氣動布局設計和技術注：從左上方起依次是1、雙機身布局（德國 DLR HY

50、4 氫燃料電池飛機）；2、翼身融合布局（西工大翼身融合縮比驗證機）；3、翼身融合布局（空客 ZEROe 概念機）；4、桁架支撐翼布局（NASA 跨聲速桁架支撐翼（TTBW）飛機模型）；5、自適應變形機翼（空客公司 C295 飛行試驗平臺）；6、層流流動控制技術（NASA 開槽自然層流翼型）；7、主動控制技術（空客“超性能機翼”（eXtra Performance Wing）項目）。5.2 高效電推進技術 電推進技術通過高功率密度電動機帶動涵道風扇或螺旋槳，為飛機提供部分或全部飛行推力，不再完全依賴燃油，可以解決傳統飛機推進系統帶來的噪聲和污染排放問題（即氮氧化合物、煙煤以及未燃碳氫化合物）。電

51、推進技術是電動飛機的核心技術，它的功重比直接決定了電動飛機的動力、效率等關鍵性能指標。為滿足高效率、高功重比和高可靠性要求，需要針對電推進系統開展如下關鍵技術研究。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）21 中國航空工業發展研究中心 1 1、高功率密度電動機技術、高功率密度電動機技術 目前的高功率密度電動機有常規電機（主要是永磁同步電機）和超導電機兩種。與其它電機相比，永磁同步電機（無刷直流電機）具有高效率、高功重比、高可靠性等優點，成為電推進飛機電機的首選。隨著新型電推進飛機向大型化、長航程以及高可靠性等方向發展，輕質高效和高可靠性的永磁同步電機成為未來電推進飛機

52、電機的重要發展方向。超導電機是采用超導體代替常規導電材料來實現電磁能與機械能之間能量轉換的裝置。具有體積小、效率高、重量輕、同步電抗小等特點，在相同重量和相同能量輸入下，可產生遠高于普通電機的扭矩，在電動飛機的應用方面具有極高潛力，將會成為代替煤油噴氣發動機的新型飛行動力裝置的關鍵部件。目前研究的超導電機絕大部分為半超導電機，全超導電機是未來超導電機的重要發展趨勢。2 2、分布式電驅動技術、分布式電驅動技術 得益于電機的相對尺度近似無關性，總功率相同時單個大功率電機和多個小功率電機系統的功率密度和效率基本一致，采用多個小功率電機驅動較小直徑風扇的分布式電驅動系統可以在保證總功率不變的前提下有效

53、提高涵道比、動力裝置的控制和容錯性能，同時小體積的電驅動系統能夠更方便地融入機身，提高飛機氣動效率。分布式電推進技術可以充分挖掘飛機動力裝置一體化設計的潛力，獲得推進、氣動、重量等方面的綜合收益。3 3、電機驅動控制器、電機驅動控制器 電機驅動控制器是保證永磁同步電機和超導電機高效可靠運行的必要設備，主要由控制模塊和驅動模塊兩部分組成。電動飛機電推進系統對電機驅動控制器提出了大功率、高效率、高可靠性和高功重比的要求。采用新一代碳化硅和氮化鎵功率器件的電機驅動控制器是未來的發展方向之一。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）22 中國航空工業發展研究中心 4 4、新材

54、料技術、新材料技術 為了提高電推進系統的效率，功率變換器、發電機、電動機和各種控制器中上大量應用了先進新材料技術，材料的磁性、絕緣性和導電性直接影響了電推進系統性能水平。5 5、飛機、飛機-動力系統集成設計技術動力系統集成設計技術針對新能源動力對飛行器設計帶來的氣動、推進、結構、重量等方面的新問題，需要深入分析動力裝置構型、布局與飛行平臺性能之間的耦合關系，探索適用于新能源飛行器的動力裝置集成設計方法、流程和設計準則。5.3 能量綜合管理技術 由于將電能作為飛機的一次能源，新能源飛行器電網容量迅速提升，負載特性日趨復雜，對配電系統的性能提出了更高要求；新能源飛行器的熱管理問題更加突出，在能量綜

55、合管理方面需要開展以下研究。1 1、電網架構、電網架構 飛機電網架構包含供電體制、配電系統及拓撲結構、配電容錯及保護，是影響飛機安全性、可靠性、系統質量、效率的關鍵因素。電動飛機電力系統面臨的多種約束條件（如重量、體積、飛機推進系統工況變化等）是配電系統設計重要影響因素，需采用多目標優化思路，滿足電動飛機系統要求。2 2、電力電子技術、電力電子技術 電力電子技術是飛機電能傳遞、變換、控制的基礎，電動飛機的電力系統包含大量整流器、逆變器及控制器件等。電力電子器件的功率密度、效率等指標決定了電力系統的性能，對飛機的安全性、可靠性具有重要影響。3 3、熱管理技術、熱管理技術 熱管理技術用于飛機各部件

56、及系統散熱、冷卻，是保障電動飛機各部件新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）23 中國航空工業發展研究中心 及系統（特別是電動機、電力電子設備）正常、高效工作的必要條件。此外，超導電機需要低溫環境以維持超導狀態，采用熱管理技術能夠保障超導系統的隔熱能力，避免外部熱量影響超導低溫環境。4 4、能量智能管理、能量智能管理 飛機系統日益復雜且高度耦合，采用傳統的各系統獨立能量管理方式無法實現飛機能量的高效利用。能量智能管理從飛機整體層面研究能量綜合優化設計和控制管理，可有效提高能量利用效率。5.4 能源系統技術能源系統指的是為新能源飛行器提供電能的組件系統，其性能從根本上

57、決定了飛機的續航時間、航程以及運營成本。根據電能來源的不同，航空能源系統可分為儲能系統（三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鈉離子電池等，在電池中直接儲存電能）和電能轉化系統（各種燃料電池，將氫、氨等燃料轉化為電能）。長壽命高可靠性的能源系統具有更穩定的供電能力、更低的維修和更換頻率，能有效提高新能源飛行器的綜合性能。1 1、儲能儲能電池電池 現階段應用于航空領域的儲能電池（也稱動力電池）主要為鋰離子電池，按照電解液狀態的不同又分為液態電池、凝聚態電池、固態電池等。2023 年4 月，寧德時代發布了凝聚態航空鋰電池，單體能量密度最高可達500Wh/kg，具有安全性高、可靠性強、循環壽命長等優點，極大推動

58、了我國航空動力電池的發展。國內外的相關企業和研究機構也在研發更多的電池技術方案滿足航空領域應用需求，例如鋁-空氣電池、硅陽極電池、鋰金屬電池等。此外，我國也在探索鈉離子電池，其優勢是制造成本低、原材料儲量大，對保證行業安全、維護供應鏈穩定具有重要意義。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）24 中國航空工業發展研究中心 2 2、燃料電池燃料電池 氫/氨燃料電池是重要的航空能源系統解決方案，通過氫/氨在燃料電池中的電化學反應產生電能。由于氨燃料電池的效率和功率密度普遍低于氫燃料電池，氨的熱值也比氫更低，因此航空上大多采用氫燃料電池方案。氫燃料電池具有“零碳零污染”的特

59、點，唯一的中間產物是水。制約氫燃料電池發展的主要技術短板是功率密度，近年來隨著材料和制造技術的進步，氫燃料電池的功率密度已經大幅度提升，預計在 5 到 10 年內就可以滿足中大型飛行器的性能需求。飛機上的氫燃料電池面臨的另一個問題是熱管理，常見的質子交換膜燃料電池理想工作溫度是 60 到 80，過高的溫度會導致能量轉換效率下降甚至是系統故障。使用燃料電池的地面車輛一般選擇強制對流換熱器，這種被動換熱器的外置散熱片面積較大，安裝在飛機上會對空氣動力性能造成負面影響。氫燃料電池飛機一般會使用主動換熱器技術，也可以選擇與儲氫系統共用一套熱管理系統。此外，氨燃料電池也是航空領域的一種潛在能源解決方案。

60、3 3、儲能電池儲能電池-燃料電池混合供電系統燃料電池混合供電系統儲能電池-燃料電池混合供電系統是一種兼顧儲能電池和燃料電池優點的航空能源系統解決方案。氫存儲罐的能量密度遠高于儲能電池，而氫燃料電池的功率密度又低于儲能電池，因此兩者的混合供電系統具有互補特性，既能保證飛機的峰值功率需求，又能保證飛機的續航能力。氫燃料電池在儲能電池的輔助下可以更多運行在高效區，從而提高氫燃料經濟性。由于氫燃料電池在負載變化時的動態響應較慢，響應速度更快的儲能電池可以改善系統動態特性，在飛機起降時提供更大的電流。此外，得益于儲能電池的協同作用，氫燃料電池輸出功率的變化可以保持在較低且穩定的水平，極新能源飛行器發展

61、白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）25 中國航空工業發展研究中心 大緩解了與功率波動相關的氫燃料電池老化，進一步降低飛機的運營成本。5.5 氫渦輪推進技術 氫渦輪推進技術指的是用氫作為發動機的燃燒原料替代傳統的航空燃油，直接帶動風扇產生推力或者帶動發電機發電，再驅動電動機帶動風扇產生推力。相比于傳統的化石燃料，氫燃料具有完全不同的物理和化學特性，為了充分發揮氫渦輪推進方案的性能優勢，發動機必須進行針對性改進和優化。主要研究內容包括：（1）發動機燃燒室結構，傳統航空煤油發動機燃燒室的幾何結構不利于氫燃料和氧化劑的有效混合，降低了氫燃料的燃燒效率，因此需要重新設計航空發動機的燃燒室

62、結構，針對超低溫液體燃料特性進行優化；（2）燃料噴射與混合裝置；（3）熱循環和管理系統；（4）高速發動機冷卻系統，通過使用低溫冷卻流進一步提高效率。（5）低氮氧化物排放技術，為了降低氫動力飛機的污染排放，需要針對氫燃料發動機開發低氮氧化物排放技術，例如微混合燃燒室、稀薄噴射技術和貧油直噴等等。5.6 氫燃料存儲技術 盡管氫的高熱值13（143MJ/kg）是常見航空煤油（43MJ/kg）的三倍，但由于氫的密度極低，氫氣的能量體積密度遠小于航空煤油，即使是液氫的能量體積密度也僅僅是航空煤油的三分之一。氫動力飛機需要額外的氫燃料存儲空間，導致機身尺寸的增加，產生更多的飛行阻力。目前看來液氫存儲是比較

63、合適的機上氫燃料存儲方案，相比于氣態存儲具有更高的能量體積密度，缺點是需要維持低溫高壓環境（-253，1.429 個標準大氣壓）。液氫存儲系統的低溫冷卻和絕緣裝置會消耗額外的 13 氫的高熱值為 143MJ/kg，低熱值為 120MJ/kg，Jet A-1 航空煤油的高熱值為 43MJ/kg，低熱值為 42MJ/kg（ASTM D4809-13 標準測量法）?，F有研究大多取高熱值，但也有研究認為燃料電池反應生成的是水蒸氣，氫渦輪發動機的燃燒產物也是水蒸氣，因此選擇低熱值。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）26 中國航空工業發展研究中心 能量，增加了飛機的重量、體

64、積和復雜度，從而降低了燃料的有效能量體積密度和安全性。為了提高液氫存儲系統的綜合性能，需要研究以下關鍵技術：存儲系統輕量化設計，包括先進材料研發、新型存儲結構和循環蒸發處理系統；低溫冷卻系統，包括低溫泵、管道和狀態監測傳感器等等；高電壓高功率電力系統；機載液氫分配系統，包括燃料管、液氫循環系統、通風管理系統、氣化裝置等等。根據液氫的物理特性，液氫存儲罐宜采用球形或柱形設計，不宜儲存在傳統的機翼油箱中。放置液氫存儲罐會導致機體尺寸增大和艙室空間減小，進而增加空氣阻力和飛行成本。對于中、大型支線或干線飛機而言，現有的飛機結構設計無法滿足氫動力飛機的實際需求，需要開展翼身融合設計、箱式機翼結構等關鍵

65、技術攻關，提高飛機內部空間的利用率并減小飛機體積。未來可能的幾種氫燃料布置方案如下圖所示，分為機體集成式和外掛式兩種。（a）、（b）、（c）三種集成式設計方案可以直接在現有機型的基礎上進行改裝，但缺點是占用了機內空間并導致有效載荷降低。（d）方案在翼身融合布局的基礎上設計，最大化利用了機內空間。（e）和（f）屬于外掛式方案，優點是不占用機內空間，但可能對飛機的氣動布局造成影響。圖 16 飛機氫燃料存儲罐布局方案（a,b,c,d 是機體集成式，e,f 是外掛式14）14 文獻來源：Khandelwal B,et al.Hydrogen powered aircraft:The future of

66、 air transportJ.Progress in Aerospace Sciences,2013.新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）27 中國航空工業發展研究中心 主動式儲氫系統配備了完整的溫度控制裝置，優點是存儲時間長、氫燃料蒸發量低，缺點是儲氫密度低，系統能耗高。與之對應的被動式儲氫系統則舍棄了溫控裝置，采用真空夾層等手段被動地隔絕氫燃料和環境之間的熱傳導以維持內部溫度，優點是成本低、重量輕、額外消耗的能量幾乎為零，但氫燃料的蒸發速度更快，一次加注后的存儲時間更短。5.7 氫能生產與使用技術 氫動力飛機還要攻克氫燃料供應鏈中生產、運輸與存儲的技術難點。

67、日本的氫動力汽車產業在政府和企業長達十余年的大力推動下仍然收效甚微，一個很重要的原因就是始終沒有解決氫動力汽車全面鋪開時的氫氣供應鏈安全性和經濟性問題?；A設施配套的兩大關鍵技術分別是氫氣經濟可持續生產技術和氫氣運輸與加注技術。1 1、氫氣經濟可持續生產技術、氫氣經濟可持續生產技術氫氣的生產環節按照碳排放量的不同可分為“綠氫”和“灰氫”，前者的主要生產途徑是水的電解，電力來源是太陽能或者風能，不產生額外的污染；后者的主要生產途徑是蒸汽甲烷重整和煤的汽化，生產過程中釋放大量的二氧化碳。2023 年，中國全年氫產量約為 3500 萬噸15，其中“綠氫”占比不到 1%，產量約 30 萬噸。按照提供

68、1kWh 能量所需的成本計算，“綠氫”比航空煤油更昂貴?！熬G氫”平均生產成本為 0.9 元/kWh，“灰氫”的平均生產成本16為 0.3 元/kWh。與之相比，2024 年 9 月中石油航煤出廠價約 7500元/噸，折合 0.6 元/kWh，必須降低“綠氫”的生產成本以提高競爭力。2 2、氫氣運輸與加注技術、氫氣運輸與加注技術 與傳統的化石燃料相比，氫燃料的物理和化學特性極其不穩定，如何實15 國家能源局中國氫能發展報告（2023）16 歐盟氫動力航空：到 2050 年氫技術、經濟和氣候影響 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）28 中國航空工業發展研究中心 現低

69、成本的氫燃料運輸與存儲是氫動力飛機能否投入大規模商業運營的關鍵。氫氣的運輸和場地存儲環節需要對基礎設施進行改造，其中的兩個關鍵領域是向機場輸送氫氣和機場的存儲與加氣設施。輸送氫氣的一個選擇是通過現有的天然氣輸送網絡，對天然氣管道的改造需要投入大量的資金并進行全面的安全性評估，而且需要考慮氫氣的生產地（產能過剩的可再生能源工廠和氫氣生產基地）與使用地（機場）之間長距離運輸帶來的成本和安全性問題。因此應當盡可能在機場直接制氫，通過使用機場附近的可再生能源進行水電解制氫。端到端氫燃料運輸網絡是另一種解決方案，在氫生產基地將氫燃料加注并封裝在氫燃料膠囊存儲罐中，通過公路或鐵路交通運輸到機場，然后直接把

70、膠囊罐安裝到飛機上。這種飛機“換氫”方案的優點是極大簡化了氫燃料儲運加注過程，降低了運輸管道、機場儲氫和加注設施的建設成本，加快了飛機補氫速度，但缺點是膠囊儲氫罐額外占用了機上空間并增大了重量，邊際成本較高，在氫燃料需求量達到一定規模后的效率和經濟性落后于機場制氫方案，運輸網絡承載力上限也低于后者。因此，飛機“換氫”方案主要適用于氫燃料需求量較少并且基礎設施建設不完善的前期發展階段。圖 17 一種典型的模塊化氫燃料運輸網絡 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）29 中國航空工業發展研究中心 5.8 可持續航空燃料技術 可持續航空燃料飛機的關鍵技術主要是不同種類燃料

71、的生產、儲存與運輸，以及因燃料不同的化學和物理特性帶來的航空發動機、熱管理、燃油系統、防火系統等方面的關鍵技術?？沙掷m航空燃料生產環節除了受到生產工藝和技術的影響以外，原材料的供應量對其大規模應用也起著決定性作用。此外，政府和企業在推廣可持續航空燃料時也會關注安全性、經濟性、環保性等多方面因素?？沙掷m航空燃料的發展涉及航空制造、能源生產、交通運輸等多個產業，其主要技術難點和發展瓶頸存在于原材料供應、生產制造和基礎設施配套等方面。根據技術水平、相關企業現有研發計劃、產業規模、原材料供給量、國家政策導向等要素評估不同可持續航空燃料技術路線的可行性?？沙掷m航空燃料的技術路線評價有以下幾個指標：政策支

72、持的程度；關鍵技術的成功率；關鍵技術成功后的技術成熟度等級；相關研究與生產的研究機構/企業的發展狀況和潛力。目前航空業認可的可持續航空燃料生產技術路線有 10 到 15 種，根據上述技術路線評價指標，具備長期發展潛力的有 5 種酯類和脂肪酸類加氫（HEFA）、醇噴合成（AtJ）、費托合成（FT）、解聚工藝、電轉液工藝（PtL），前三種已通過國際認證，后兩種尚處于實驗室發展階段。從原料來源的角度來說，我國具有較大發展潛力的可持續航空燃料原料來源有酯類、纖維素類和氣體類三種。酯類原料包括廢棄油脂、油料作物新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）30 中國航空工業發展研究中

73、心 等，我國每年廢棄油脂產量在 1000 萬噸以上17，理論上可以轉化成可持續航空燃料產量超過 300 萬噸。纖維素類原料包括能源植物、農林廢棄物和城市垃圾等，我國目前有 10 億畝鹽堿地18，種植蘆竹等能源植物理論上可以煉制的可持續航空燃料超過 3000 萬噸。氣體類原料包括綠氫和二氧化碳等，攻克碳捕捉、綠氫制備等關鍵技術后，氣體類原料的產量上限幾乎無窮。圖 18 可持續航空燃料的主要原料來源和技術路線 17 中金企信國際咨詢公司2024 版全球及中國廢棄油脂資源綜合利用行業研究預測報告 18 中科院南京土壤所中國土壤科學數據庫 新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（2024202

74、4）31 中國航空工業發展研究中心 圖 19 新能源飛行器關鍵技術圖譜新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）32 中國航空工業發展研究中心 6 發展發展措施措施 一是強化頂層戰略規劃和方向指引。我國新能源航空產業應強化頂層戰略規劃研究，引導行業形成發展共識。遵循從小到大，從易到難的發展原則，按照通航飛機、支線飛機、干線飛機的順序制定發展路線圖和戰略規劃，首先進行關鍵技術攻關，再通過驗證機驗證，最后進行工程化和市場化推廣。此舉一方面可以引導廣大企業和科研機構在充分進行市場調研、審慎考慮自身條件和特點的基礎上，確定不同階段的發展方向和重點；另一方面也可以引導金融投資機構

75、利用自己掌握的金融手段，支持從事研發、生產和使用技術發展路線圖中所列產品和技術的企業和項目，引導市場和社會資源向國家的戰略重點有效聚集。二是加強自主創新研發和多路并舉。新能源航空的發展離不開產業鏈上每一個環節的進步，更需要從研發到生產全過程的獨立自主，避免核心技術被“卡脖子”。我國應高度重視新能源飛行器發展，加大研發投入，形成自主創新成果，做好技術儲備。堅持多技術路線并舉，積極探索綠色航空新領域新賽道。按照技術成熟度，穩步推進技術攻關，中小型飛行器以電動為主攻方向，干支線等中大型飛機積極探索氫能源、可持續航空燃料、混合動力等技術路線，前瞻布局未來產業。三是推動低空經濟產業化發展。以無人機、eV

76、TOL 飛行器和電動通航飛機為主要載體的低空經濟產業已經迎來黃金發展期，正逐步實現從城市周邊到城市核心，從生產作業到交通運輸的突破性變化，下一步需要開展特定場景下的試點示范運行，加強基礎設施和標準法規建設，完善運營管理體系，推動低空經濟產業化發展。我國應當始終堅持三個協同發展原則堅持制造業與運營業協同發展，探索安全、高效、經濟的商業運營模式和運行支持保障方式；堅持整機集成企業與產業鏈配套企業協同發展，由整機帶動產新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）33 中國航空工業發展研究中心 業鏈配套企業，建立利益共同體；堅持骨干央企與眾多民營企業協同發展，充分發揮各自優勢，積

77、極搶占技術制高點和市場先機。四是緊抓航空綠色能源變革新機遇。以可持續航空燃料、氫能為主的航空綠色能源變革極有可能引發全球性的民航產業變革，但由于其發展周期較長，總體投入較高的特點，國內相關產業發展較為緩慢。我國應建立以政府為引導、國央企為骨干、全產業鏈企業共同參與的綠色民航發展模式，將氫燃料電池支線飛機作為發展切入點，在明確技術和產品路線后盡快轉入工程驗證并啟動產業化進程，緊追全球綠色民航發展步伐，避免在可能到來的新一輪航空產業變革中被拉開差距。五是積極參與新能源航空全球市場。新能源航空對于整個航空產業來說是一個新興領域，相關技術、市場、標準、法規仍處于發展初級階段，傳統航空強國與后發國家之間

78、起步差距較小。新能源航空是我國參與全球市場競爭，推動民機產業高質量發展的重要機遇。建議我國航空企業積極開拓國際市場，提高中國技術和中國產品在全球的知名度和認可度，與國外新能源航空企業同臺競爭。六是爭取新能源航空國際話語權。當前，NASA、空客、DLR、ATI 等國外企業、科研機構爭相發布新能源航空發展計劃和路線圖，提出產品方案和運營概念，意圖在全球新能源航空快速發展階段占據行業主導地位。建議我國航空企業和科研機構研究制定符合我國國情的新能源航空發展規劃和路線圖，持續迭代更新，引導產業發展方向。同時，加快推動新能源航空工業法規標準體系和適航審定體系建設，積極參與 FAA、EASA、SAE 等國際

79、、地區和國家組織的相關新能源航空標準法規編制工作，提高我國在新能源航空標準領域的國際話語權和影響力。新能源飛行器發展白皮書（新能源飛行器發展白皮書（20242024）34 中國航空工業發展研究中心 附錄附錄 縮略語和專有名詞表縮略語和專有名詞表 縮略語縮略語 縮略語或專有名詞全稱縮略語或專有名詞全稱 中文中文 AAM Advanced Air Mobility 先進空中交通 UAM Urban Air Mobility 城市空中交通 eVTOL Electric Vertical Take-Off and Landing 電動垂直起降 SAF Sustainable Aviation Fuel

80、 可持續航空燃料 BWB Blended Wing Body 翼身融合 TBW Truss-Braced Wing 桁架支撐翼 PEMFC Proton-Exchange Membrane Fuel Cell 質子交換膜燃料電池 SOFC Solid Oxide Fuel Cell 固體氧化物燃料電池 HEFA Hydroprocessed Esters and Fatty Acids 酯和脂肪酸加氫 AtJ Alcohol to Jet 醇噴合成 FT Fischer Tropsch 費托合成 PtLPower to Liquid 電轉液 TC Type Certificate 型號合格證

81、NASA National Aeronautics and Space Administration 美國航空航天局 DLR Deutsches Zentrum fr Luft-und Raumfahrt 德國航空航天中心 ATI Aerospace Technology Institute 英國航空技術研究所 FAA Federal Aviation Administration 美國聯邦航空管理局 EASA European Union Aviation Safety Agency 歐盟航空安全管理局 ICAO International Civil Aviation Organizati

82、on 國際民用航空組織 IATA International Air Transport Association 國際航空運輸協會 SAE Society of Automotive Engineers 美國機動工程師協會 IEA International Energy Agency 國際能源署 CAT Climate Action Tracker 氣候行動追蹤組織 DOE Department of Energy 美國能源部 CORSIA Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation 國際航空碳抵消和減排計劃