空客先前提出的3种不同构型和推进方式的氢燃料飞机。
FAA提出的三个适航审定准备阶段。
EASA氢动力航空器产品审定机构准备（内部在编文件）中提出的氢能路线图。梁长虓近年来，美国和欧盟均在针对氢动力航空器审定制定计划，对体系差距、研究需求、审定要点等进行探讨。多国将合作布局未来工作，将非推进型和推进型氢能产品融入到航空安全审定体系。氢能路线图制定情况氢能技术在航空器中的应用有2种形式，一种是通过氢燃料电池产生电力，另一种是通过氢燃料内燃机燃烧产生动力，前者可以为餐厅、医疗运输、紧急情况、辅助系统等提供电力，或为由电机螺旋桨驱动的推进系统提供电力；后者则可作为燃气涡轮喷气飞机的直接推进发动机。虽然不同应用形式采取的技术路径和面向的航空器种类不同，但对航空安全审定方面产生的挑战则相对一致：氢能的固有性质，即极低的密度引发的储存难度、极高的泄露性和易燃性引发的爆炸风险等。技术回顾目前，管理机构将氢能飞机大致分为3种技术路径：非推进用燃料电池（如辅助配电用机载燃料电池）、推进用燃料电池（用于为航空器发动机提供直接电力，如燃料电池电推进螺旋桨飞机）、氢动力燃气涡轮（用于为喷气式引擎提供推进动力）。氢动力飞机的形态可以是类似传统飞机的管道+机翼布局进行额外的推进/燃油系统改装，也可以是如翼身融合构型的更激进类型。虽然未来氢动力飞机的构型可能有多种形态，但氢燃料的固有特性将使任何采用氢能的飞机遇到同样的技术挑战。液氢较低的体积能量密度（比航空煤油低4倍），使得氢能飞机需要更大的燃料罐，产生潜在的额外重量和气动损失，甚至严重影响飞机的载货/载客能力。气态氢燃料罐面临高压挑战（高于850bar），对结构强度提出较高要求；液态氢燃料罐虽然无需高压，但需要维持低温（20K），对隔热/热管理/气体渗漏等系统提出较高要求。氢燃料极高的可燃性（更宽的可燃范围、更低的点火能量、更高的火焰速度、火焰温度和爆炸潜力），使得防火、防泄漏、防渗透、防爆和抗氧气等方面均需要完善的规范和要求。此外，专门针对燃料电池、氢内燃机/燃气轮机的需求方面也有大量的技术挑战需要克服，例如，燃料电池的气压控制、流量控制、膜体高空湿度保持、膜体完整性保持，以及氢内燃机/燃气轮机的额外排放凝结尾迹影响、材料性能要求、低温/高温热管理、发动机内部防火防爆等。这些技术挑战对系统设计和装机验证提出了很多安全要求，将成为未来适航审定的关键关注对象。FAA的安全审定计划FAA指出，虽然氢能在飞行器领域（尤其是航天器）的应用已久，但大多属于高风险宽容度（较低安全要求）的应用。考虑到民用航空极其严苛的安全要求，民航业中的氢能研究仍需将多项安全相关因素作为重要关注方向，包括失火/爆炸危险、材料兼容性、低温系统、抗碰撞等。虽然当前民航业的管理规范并未具备针对以上因素的内容，但现有的非航空业专属的行业标准已经能够指导燃料电池、氢燃料、氢能交通工具等相关技术，并为航空业提供重要借鉴参考。对于氢能安全及审定线路图的制定，考虑到不同技术方案的成熟度区别，FAA为氢能3种技术路径分别展望了3个阶段性适航审定准备程度预期架构。架构包括发现（获得充分的安全方面知识）、应用（单个项目可采用专用标准进行安全性认证）、常用化（可预测且可重复的通用安全审定标准）。非推进用燃料电池目前已有很多成熟的应用，预计将于近期（2028年左右）实现安全审定的常用化；推进用的氢燃料电池需要更大的功率和更高的系统复杂度，需要更多的时间实现技术成熟，将于中期（2030年左右）实现安全审定常用化；氢动力燃气涡轮目前技术成熟度较低，仍需较长时间对技术要素进行研究，因此可能在远期（2036年左右）实现安全审定常用化。研究方面，FAA近期的主要目标是推进并完成危害、管理规范和合规手段差距分析，制定缓解策略。FAA/ EASA认证监督委员会（COB）氢技术工作组已于2023年10月启动，将制定飞机推进系统（燃料电池和燃气轮机）中液态和气态氢使用的适航要求。此外，一个由FAA、EASA、行业和学术界参与的氢气火灾和爆炸研究指导小组已经成立，重点关注火灾和爆炸方面的知识差距。两小组将推动非推进式燃料电池的标准化阶段和推进式燃料电池实施认证准备应用阶段，同时为制定和开始执行研究计划提供参考，以解决关键安全风险并提供监管指导。审定方面，FAA将继续通过专用条件项目和适航要求支持现有和近期项目申请。标准指定方面，FAA将参与氢能相关的标准化研究小组，例如SAE AE-7F和EUROCAE WG 80。中期行动的主要目标是完成FAA及合作组织早先确定的研发工作，并为推进型燃料电池实现标准化认证做准备，以及为氢燃气涡轮飞机（包括电混合动力）实现技术应用做准备。FAA将针对氢燃料与石油燃料差异发布正式的发动机、飞机法规和相关指南，以及政策、指南和安全程序。EASA的安全审定计划EASA指出，迈向可持续航空是一个全球性的进程，需要多方协调一致。为确保氢动力航空器及其生态系统的安全和可持续性，各方应保持知识共享，有利于更加全面地了解行业进展和挑战。虽然可持续航空燃料仍是近阶段减少航空碳排放量的最快措施，但氢能在远期的航空可持续发展进程中仍扮演必不可少的角色。与可持续航空燃料不同的是，氢能航空器不仅在燃料特性上较现有航空器具有显著的差别，在航空器设计上也产生了很大的变化。因此，为氢能航空确定正确的审定方法及各管理当局之间保持合作将至关重要。目前，EASA在氢能航空器的审定上，基于现有氢燃料电池电推进方案的型号审定边界提出了3种潜在方案：即发动机型号审定、组合型号审定、全机型号审定。这3种方案将为氢能电推进飞机的适航提供3种潜在路径。EASA已经在内部着手建立制定氢能航空器产品审定的机构（Certification Directorate readiness for the H2 powered aviation products）。虽未公开发布最终版文件，但其为EASA之后多年的工作绘制出了一条时间线。根据该计划，EASA将于2026年发布针对氢能的专用条件，并在2028年进入氢能飞机的审定阶段，提供第一份认证符合手段和符合性方法（AMC&MOC），在2032年实现第一个氢动力机型的审定。未来研究需求根据FAA和EASA进行的氢能航空器安全审定预期工作来看，行业和管理者均需关注多个技术研究需求，以帮助氢能航空器产品未来顺利地融入现有航空安全管理体系。这些研究需求包括多个方面，如防火、燃料电池技术、燃料罐安全、氢涡轮发动机技术等。防火方面的研究需求包括火灾和爆炸特性、可行的颜色和气味添加剂以辅助识别火焰和泄露源；燃料电池技术的研究需求包括快速及精确的燃料泄露探测、高温热点及漏电探测、客舱燃气渗透检测、传感器种类及安放位置研究、风险缓解措施、电解质膜破损预防与应对措施、燃料纯净度检测、热管理、氢脆预防与应对措施；燃料罐方面的研究需求包括罐体结构强度要求、抗碰撞能力、安全系数、检测方法论、检验和维护程序、低温冷却剂及热管理、渗漏与泄露应对、压力与沸腾控制；氢涡轮发动机方面的研究需求包括复杂燃料供给系统、低温热交换系统、机体防火、点火及空中启动技术、氢脆对涡轮材料的影响。随着氢燃料技术在飞机非推进领域的应用逐渐变多，行业对氢燃料电池及燃料配套装置的技术认识将越来越多，帮助发展符合航空器审定需求的符合性检查方法，为推进用氢燃料电池和推进用氢燃气涡轮发动机的未来应用及审定提供经验并奠定实践基础。
