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NCC为复合H2低温储罐创建概念设计工具

2023-11-15 15:196830
 设计工具针对给定的一组参数进行低温氢储罐设计，并通过三种储罐设计选项进行了进一步论证。
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航空航天和 H2 储罐中的氢气

国家复合材料中心（NCC，Bristol，英国）创建了一个概念设计工具，可根据客户的具体要求优化氢气低温罐的设计。该工具由 NCC 工程师开发了 12 个多月，围绕着氢质量、蒸发率和休眠等关键参数工 作，休眠是指如果飞机整夜静止，从油箱加油到需要排出气体压力的时间。
新的设计工具使 NCC 能够快速轻松地为给定的一组参数提供最高效的储罐设计。特别是，它将帮助制造商确定正确的设计，进入详细设计阶段，从而降低希望为新的氢经济构建复合材料能力的企业的进入门槛。
作为航空航天技术研究所（ATI）FlyZero 计划的一部分，NCC 团队成功地试用了该概念设计工具，该计划旨在到 2030 年实现商业航空的零碳排放。该团队使用该工具为支线、窄体和中型飞机开发了三种低温储罐设计方案，评估了热、静态、形状和体积需求。据报道，与金属基线相比，所有概念都显著减轻了储罐的内层和外层的重量。
航空航天技术研究所技术、结构、制造和材料主管 Alex Hickson 表示：“作为中远程飞行零排放飞机未来燃料系统的一部分，设计工具对于低温储氢罐的发展至关重要。”。“所有寻求为可持续航空行业开发成熟设计和系统的人都可以获得这些能力的开发，这标志着英国向前迈出了宝贵的一步。NCC 和更广泛的 HVM Catapult 是不断增长的英国网络的一部分，该网络建立了有利于环境的氢气能力，同时为英国供应链在未来创造了机会到 2050 年实现净零排放的低碳经济。”
复合低温氢气的发展
国家复合材料中心（NCC）的职责是与会员和客户密切合作，解决难题。随着公司认识到氢气和实现净零目标的重要性，NCC 一直在与客户独立合作， “建立测试和设计低温系统用复合材料的专业知识”改善微裂纹性能和理解帘布层设计的重要性（减少帘布层厚度和相邻帘布层角度）是 NCC 处理这一主题的一些方法。氢技术负责人 Marcus Wall Bruck 和氢技术首席研究工程师 Matt Kay 表示，NCC 正在开发一种 “在低温下进行测试的独特方法，该方法专注于微裂纹的形成，而无需使用耗时且昂贵的循环测试。这种类型的测试可以简化材料选择，并为建模提供信息，这样设计就可以在不引发微裂纹泄漏的情况下受到适当的应力。”
材料选择和表征的解决方案已经在进行中。
相邻的发展包括 NCC 在 JEC World 2023 上宣布其基于英国的复合低温储罐测试计划，该计划将“从储存液氢（LH2）的无衬碳纤维储罐开始，验证和加速设计、制造和测试能力”。
虽然氢有可能降低商业航空的碳足迹，但存在重大的工程挑战。其中最主要的是燃料储存问题——氢气的体积密度比传统航空燃料低，因此必须以液体形式保持在-253°C，并且不能占用飞机内太多空间。储罐必须能够承受压力和飞行载荷，但质量损失最小，并且能够适应有限的、有时形状笨拙的内部容积。根据 NCC 的说法，复合材料在未来可以提供一种有竞争力的解决方案——NCC 正在与合作伙伴一起推进这项工作计划，以使技术成熟。
该概念设计工具构成了 NCC 氢能工作计划的一部分，该计划建立在两年的研发和提高复合材料氢压力容器和低温罐供应链能力的独特愿景的基础上，以在英国进行制造。该计划的下一步正在进行中，以英国为基地的复合材料低温储罐测试计划将验证和加速设计、制造和测试能力，从用于储存 LH2 的无衬碳纤维储罐开始。该团队还致力于材料表征，对复合材料在低温下的行为有了真正的了解。
氢技术主管 Marcus Wall Bruck 补充道：“我们开发的概念设计工具为希望加速其复合低温储罐能力的制造商提供了巨大的价值和优势。”。“我们汇集了 NCC 的集体工程专业知识，构建了一个灵活而严格的设计工具，最终让客户有信心更快地选择概念。”
作为 NCC 与行业合作创新计划的一部分，可以使用氢能概念设计工具，该团队正在积极寻找合作伙伴，以建立强大的英国供应链。
注：原文见《 NCC creates concept design tool for composite H2 cryogenic tanks 》2023.5.3.
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