Lufthansa Technik研究:氢燃料燃烧改装现有APS3200辅助动力装置在热力学上可行
行业影响该研究表明，飞机辅助动力装置使用氢气可以通过对现有涡轮机进行有针对性的改装来实现，而无需全新的发动机设计，但实物验证仍有待完成。
Lufthansa Technik 位于汉堡的 Corporate Research and Innovation 部门的研究人员 Lucia Menke 和 Lothar Kerschgens，在 Frontiers in Mechanical Engineering 上发表了一项可行性研究，探讨如何以最少的硬件改动，将一台现有的批量生产燃气涡轮机改装为燃烧氢气。该研究使用了一个以 MATLAB 2021a 构建的零维热力学模型，对象是最初由 Hamilton Sundstand 研制、用于 Airbus A320 的 APS3200 辅助动力装置。该模型被纳入 Hydrogen Aviation Lab，这是一个用于飞机氢气系统级应用的试验设施。该实验室的边界条件包括：由一个 14 公斤储罐支撑的燃料消耗率、约 10 巴的燃料系统压力，以及约 100 K 的气态氢。该模型基于一台批量生产的 APS3200 的维护测试记录建立，未使用额外的仪器测量。
煤油基准工况采用的压气机压比为 8，压气机出口温度为 623.15 K，空气质量流量为 2.2 kg/s，煤油流量为 0.0412 kg/s（对应燃料空气比（FAR）0.02222），涡轮进口温度目标为 1,293.15 K。对于氢气，研究发现 FAR 为 0.016173（相当于 0.016006 kg/s 的氢气质量流量和 0.24737 的当量比）即可实现安全稳定的燃烧。这一数值略高于 0.24 的贫油熄火极限。由于主燃区的燃烧温度约为 2,765 K，稀释空气比例升至 55.012%，即在 2.2 kg/s 的总流量中占 1.21 kg/s。作者报告称，0.047048 kg/s 的氢气流量不会超过燃气涡轮的设计点，从而在喘振极限之下留有余量。
作者指出，这一改装并非直接替换，需要对燃烧室设计、燃料计量、冷却管理和控制策略进行有针对性的修改。氮氧化物排放因超出系统边界而被排除在外。由于测试数据有限，该模型无法进行完整的定量验证，因此研究人员将输出结果与制造商数据和文献进行了对照，以检验其合理性。计算流体力学分析和实验验证被确定为下一步工作。
