지속 가능한 항공 혁명에서 효율적인 수소 탱크 시스템의 역할

수소탱크를 통한 열 유입을 최소화하려면 특수 소재, 두꺼운 벽, 적절한 단열재가 필요합니다.

최근 Simple Flying은 상업용 항공기에서 제트 연료의 대안으로 수소의 중요성을 강조했습니다. Simple Flying은 또한 수소를 전력원으로 저장하고 사용하는 것과 관련된 과제를 탐구했습니다. 수소의 이점이 과제보다 더 중요한지 판단하기는 어렵지만, 수소 저장을 위한 고유한 솔루션을 식별하기 위한 기술 연구가 진행되어 왔습니다.

수소 연료는 제트 연료보다 에너지 밀도(3배)가 높기 때문에 단거리 및 중거리 항공기에 이상적인 후보가 될 수 있습니다. 재생에너지에서 생성된 수소는 이산화탄소와 질소산화물을 배출하지 않습니다.

기존의 가스 터빈 엔진은 액체 수소(LH2)를 연소용 연료로 사용하도록 수정될 수 있습니다. 고압 압축기의 가압 공기는 연소기에서 점화되기 전에 원자화된 액체 수소와 혼합될 수 있습니다.

LH2의 가장 중요한 과제 중 하나는 체적 밀도입니다. 수소는 제트 연료보다 훨씬 가볍고 항공기에 제트 연료보다 4배 더 많은 저장 공간이 필요합니다. 액체 수소의 기내 저장은 항공기 제조업체에게 어려운 과제였습니다.

극저온 실린더는 부피를 최소로 유지하면서 LH2를 저장해야 합니다. 극저온 탱크는 급속 냉동 온도(약 -420°F/-250°C)에서 수소를 저장합니다.

필요한 수소 중량은 제트 연료의 약 1/3에 불과하지만 훨씬 더 많은 양이 필요하므로 항공기의 구조 중량이 증가합니다. 따라서 항공 분야에서 수소 지속가능성을 달성하기 위해서는 효율적인 저장 탱크 시스템이 필요합니다. 제트 연료와 달리 수소 실린더는 직경이 너무 커서 항공기 날개에 들어갈 수 없다는 점은 주목할 만합니다.

또한, 날개 탱크에 제트 연료를 저장해 비행 내내 항공기의 무게 중심을 효율적으로 관리합니다. LH2 탱크를 사용하면 무게 중심이 또 다른 문제가 될 수 있습니다.

저장탱크는 극한의 온도를 견딜 수 있도록 특수 소재로 제작되어야 합니다. 더욱이, 탱크는 두꺼운 벽을 가져야 하며 탱크 벽을 통한 열 유입을 최소화하기 위해 스택 사이에 충분한 격리를 제공해야 합니다. 누출된 열로 인해 LH2가 끓고 LH2를 영하의 온도로 유지하는 데 필요한 주변 열을 흡수할 수 있습니다. 극저온 탱크 제조업체는 끓는점 현상을 하루 1% 미만으로 유지하는 것을 목표로 합니다.

탱크의 모양은 설계 손실을 최소화하기 위해 가능한 한 구형에 가까워야 합니다. 구는 LH2의 보유 질량당 최소 표면을 노출합니다. 무게 중심을 유지하려면 동일한 크기의 LH2 탱크를 항공기의 피칭 또는 팁핑 모멘트에 영향을 주지 않도록 배치해야 합니다.

구형 탱크의 스택은 항공기의 전면 부분(하단 갑판의 조종석 바로 뒤)과 후면 부분(테일플레인 바로 앞)에 배치할 수 있습니다. 상단에 추가 단열재를 추가한 진공 플라스크 기술은 LH2 증발 조건을 최소화합니다. 탱크가 진공 상태를 잃으면 단열층이 시스템 내 열 유입을 억제합니다.

탱크에는 LH2와 수소 가스(H2)의 혼합물이 담길 수 있습니다. H2 압력은 펌프와 밸브가 LH2를 연소 시스템으로 보낼 때 조절 밸브를 통해 제어됩니다. LH2를 터빈 시스템에 사용하기 전에 열 교환기에서 기체 형태로 변환해야 한다는 점은 언급할 가치가 있습니다.

수소엔진 항공기 탑재 수소탱크 시스템 설계에 대해 어떻게 생각하시나요? 댓글 섹션에 알려주십시오.

작가 - Omar는 박사 학위를 소지한 항공 애호가입니다. 항공 우주 공학. 수년간의 기술 및 연구 경험을 바탕으로 Omar는 연구 기반 항공 실무에 중점을 두는 것을 목표로 합니다. 업무 외에도 Omar는 여행, 항공 현장 방문, 비행기 관찰에 대한 열정을 가지고 있습니다. 캐나다 밴쿠버 소재