航空业约占全球二氧化碳排放量的12%，随着气候变化与环境问题加剧，该行业正寻求更环保的推进系统。无人机在军事、物流和农业领域应用广泛，其研究方向已转向氢动力推进系统。氢作为清洁燃料，燃烧仅产生水，是传统化石燃料的有前景替代品，但氢气体积能量密度低，需更大体积才能产生与传统燃料相同能量。

液氢储存系统可将氢以液态形式储存在低温下，虽能减小储存体积和重量，却带来诸多挑战，如低温下热应力导致容器变形和疲劳失效，在承受多向加速度载荷的无人机运行条件下尤为危险。因此，全面评估无人机运行条件下的热性能和结构完整性至关重要，但此前缺乏评估无人机液体储存系统的分析框架。

为解决这一问题，韩国首尔国立科技大学制造系统与设计工程系(MSDE)助理教授Nak-Kyun Cho和Jinmyeong Heo先生领导的研究团队，与该校机械系统设计工程系的Nam-Su Huh教授合作，开发出首个用于评估无人机液氢储罐性能和结构完整性的综合分析框架。

Cho博士称，与多数局限于单独隔热性能或结构分析的现有研究不同，他们开发了首个集成热、结构、疲劳和冲击分析的整体系统，专为无人机操作设计。研究成果发表在《国际氢能杂志》上。

该团队首先研究了存储系统所用材料的低温性能，以一个标准液氢储罐为例，其由SUS316L钢制成的内外容器、管道和支架组成，还包含由Al6061-T6铝制成的蒸汽冷却屏蔽(VCS)以减少进入系统的热量。他们使用100 kN拉伸疲劳试验系统测量材料温度相关特性，并将其纳入容器有限元分析，涵盖热、结构、疲劳和跌落冲击评估。

热分析显示，VCS的实施可使蒸发率(BOR，储存的液态氢转化为气态的速率这一关键性能指标)降低30%，实验中BOR降低15%，归因于模型简化。结构分析表明，管道和支架是无人机特定操作条件下的薄弱环节，凸显结构改造必要性。疲劳分析显示，容器远超ISO 21029-1标准规定的10,000次循环要求，疲劳寿命实际上不受限制。

对于跌落冲击试验，团队开发新计算机模拟方法，使用基于VUSDFLD子程序的元素删除方法预测储罐从高处跌落时的行为，确定连接管道和支撑物是脆弱区域，同时证明该方法能预测多材料组件系统的失效行为。

Heo先生指出，研究结果为无人机应用中液氢储罐的全面安全评估设立了新标准。此外，建立的低温材料数据库将成为未来航空航天领域设计的重要参考，该框架也将为制定氢动力无人机的设计标准或规范提供宝贵参考，助力实现更长飞行时间、更快速交付服务和更可持续的运行。

更多信息：Jinmyeong Heo 等，无人机液氢储罐的分析框架：热性能验证和结构完整性评估，《国际氢能杂志》(2025)