佛罗里达农工大学-佛罗里达州立大学工程学院的研究人员，设计出一种用于下一代飞机的低温氢气储存和输送系统，为航空领域实现零排放目标提供有力支持。该研究成果展示了一种可扩展的集成系统，同时解决了多个工程难题，使氢气既能作为清洁燃料，又能作为电动飞机关键动力系统的内置冷却介质。

研究团队在《应用能源》杂志上发表的论文，详细介绍了专为100座混合动力飞机定制的设计方案。这种飞机利用氢燃料电池和氢涡轮驱动的超导发电机发电。研究重点展示了如何高效储存、安全输送液氢，并利用液氢冷却关键机载系统，满足飞机起飞、巡航和着陆等各阶段的电力需求。

机械工程系教授、该研究的通讯作者魏国表示：“我们的目标是创建一个能够处理多项关键任务的单一系统：燃料储存、冷却和输送控制。这项设计为现实世界中的氢能航空系统奠定了基础。”

氢气作为航空清洁燃料，能量密度高且不排放二氧化碳，但需以-253°C的超低温液态储存。研究团队通过系统级优化，设计出低温储罐及其相关子系统，定义了燃料质量与整个燃料系统质量的比值这一新指标。通过调整排气压力和热交换器尺寸等关键参数，确定了燃料质量占比最大的配置方案，重量比达到0.62，显著提升了燃料效率。

该系统的另一大亮点是热管理功能。它利用超低温氢气作为冷却介质，通过一系列热交换器带走车载组件产生的废热。氢气吸收热量后温度逐渐升高，在进入燃料电池和涡轮机前进行预热。为避免机械泵带来的重量和复杂性增加问题，研究团队开发了无泵系统，利用储罐压力控制氢燃料流量。通过注入高压气瓶氢气升压、排放氢蒸气降压，并配合压力传感器与动力需求反馈闭环，实现氢气流量实时调控。模拟结果显示，该系统能以每秒0.25公斤的速率输送氢气，满足起飞或紧急复飞期间16.2兆瓦的电力需求。

热交换器采用分级排列方式，氢气流经系统时依次冷却低温部件、吸收高温部件热量，并在到达燃料电池前预热。这种分阶段的热集成技术提高了系统效率，降低了硬件复杂性。郭教授指出：“我们证明了在飞机上有效输送液氢并利用其冷却动力系统部件的可行性，且这种设计需要进行系统级优化。”

后续，研究团队计划构建原型系统，并在佛罗里达州立大学先进电力系统中心进行测试。该项目是美国宇航局“综合零排放航空计划”的一部分，得到了美国国家航空航天局(NASA)的支持。

佛罗里达州立大学。“用于下一代飞机的低温氢气储存和输送系统。” ScienceDaily。ScienceDaily，2025年5月28日。