跨越阿爾卑斯山的零排放——Cellsius 如何實現氫能驅動飛行

Cellsius 是 ETH 蘇黎世的學生工程團隊,開發了 H2-Sling 氫動力超輕型飛機,目標是實現飛越哥特哈德山口的零排放飛行。借助 Xometry 擇冪科技 的 CNC 加工服務,他們生產了定製鋁合金頂板,用於連接 PEM 燃料電池與輔助部件,需要嚴格的公差和複雜幾何形狀。該飛機攜帶 5.2kg 氫氣,續航 200 公里,巡航速度 162km/h。

產業
航空航太
國家
flag

瑞士

使用場景
原型製作
工藝
CNC加工
材料

鋁合金

產品

H2‑Sling 氫動力超輕型飛機

case hover image

我們在設計時考慮了最大化的強度與重量比,結合了嚴格的公差和複雜的幾何形狀。由於製造如此精密的部件超出了我們內部的能力範圍,我們依賴外部製造商來實現這一設計。與Xometry 擇冪科技的數字化製造平臺合作被證明是一個實用的解決方案。訂購過程簡單,部件完全按規格交付,這幫助我們按時推進並進行系統集成。

工程學學生 蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)

我們是蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)的工程學學生,背後發起了H2項目——一個旨在設計氫能驅動飛機並幫助減少瑞士航空業造成的13%二氧化碳排放的倡議。

你好,我們是Cellsius——來自蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)的學生工程團隊。透過H2項目,我們為自己設定了一個雄心勃勃的目標:實現一次完全由氫能驅動的、零排放的飛行,飛越哥特哈德山口。

我們使命的核心是H2-Sling——一架我們從零開始開發和製造的完全改裝超輕型飛機。這個項目不僅代表了技術創新,也體現了我們這一代人將可持續性與實際工程相結合的動力。

由激情與工程卓越驅動

從一開始,我們就想證明,使用現有的技術是可以實現零排放飛行的。沒有未來主義的概念——只有智能的集成、良好的設計和大量的測試。我們選擇了Sling High Wing平台,因為它在載荷、簡便性和可改造性方面的平衡。然後,我們圍繞一個全新的動力系統重新構建了它。

我們自己完成了設計和集成:從燃料電池佈局和能源管理,到冷卻系統、機械適配和結構加固。最終的結果是一架已經飛行過的飛機——現在正在為下一步大膽的目標做準備:僅憑氫能飛越阿爾卑斯山。

H2-Sling,Cellsius團隊開發的氫能驅動飛機

氫能起飛

航空業面臨著降低碳足跡的壓力,我們相信氫能提供了一條明確的前進道路。我們系統的核心是一台PEM燃料電池,它通過氫氣和空氣生成電力——安靜、清潔且高效。它驅動一台輕量級電動機,並通過一個緩衝電池來應對動態負載,此外還有一個定制的控制單元,用於管理能源流、診斷和安全。

用於氫能動力系統的高性能電動機

這架飛機攜帶5.2公斤氫氣,存儲在高壓罐中,提供200公里的航程和2小時的巡航時間,巡航速度為162公里/小時。

我們的目標是實現接近100 kW的系統輸出,確保即使在阿爾卑斯山區的條件下也能安全穩定地飛行。在整個開發過程中,我們特別關注了重量和熱性能——選擇了空氣冷卻和持續的熱監控。最大的挑戰是,在保證航空級安全性和可靠性的同時,實現這一性能目標。

精確度,成就非凡

整個系統中最關鍵的結構組件之一是頂板——一塊定制加工的鋁合金部件,連接燃料電池和輔助組件。它承受機械負載,確保結構對準,並固定我們能源系統的核心。

CNC加工铝合金顶板

我們在設計時考慮了最大化的強度與重量比,結合了嚴格的公差和複雜的幾何形狀。由於製造如此精密的部件超出了我們內部的能力範圍,我們依賴外部製造商來實現這一設計。與Xometry的數字化製造平台合作被證明是一個實用的解決方案。訂購過程簡單,部件完全按規格交付,這幫助我們按時推進並進行系統集成。

CNC加工的鋁製頂板的3D渲染圖

在後續的製造過程中,我們在內部開發了大多數結構和系統部件,採用了碳纖維、銑削鋁材和鈑金相結合的方式。我們重點考慮了重量效率、裝配便捷性以及長期可維護性。每個部件都以製造為核心進行設計——盡量減少不必要的加工工序,避免結構過於複雜。對於那些對精度和結構可靠性要求極高的部件(如頂板),外包加工不僅有幫助,更是確保項目持續推進的關鍵。

電機的自主研發逆變器

將挑戰轉化為學習機會

燃料電池的研發工作,尤其是在寒假前的幾週,成為了對團隊奉獻精神的真正考驗。為了進行滿負載測試,我們連續數天晝夜奮戰。隨後,那個我們為之努力已久的時刻終於到來。

H2-Sling的燃料電池系統

經過整整一年的研發,當系統終於運轉起來的那一刻,令人倍感神奇。那是理論變為現實的時刻。除了技術上的成果之外,我們在個人層面也得到了成長。承擔責任、解決突發問題、在壓力下做出決策——這一切都成為了我們共同的寶貴經歷。

蘇黎世聯邦理工學院氫能驅動項目 H2-Sling 的團隊

展望未來:液態氫與增材製造

在首次飛行成功之後,我們的下一個重要里程碑是實現以氫能驅動的阿爾卑斯山跨越飛行。與此同時,我們正致力於從壓縮氫向液態氫的轉變——這一轉變將顯著提升系統的能量與重量比。要實現這一目標,需要研發適用於低溫環境的新型儲存方案、隔熱結構和燃料管理系統。

增材製造(Additive Manufacturing)也將在未來的研發中發揮越來越重要的作用。結合人工智慧驅動的生成式設計(Generative Design),3D列印能夠讓我們製造出更輕、更高效且結構更複雜的部件——尤其適用於空間有限、對重量極為敏感的應用場景。我們重點關注支架和安裝座等零部件,因為幾何結構上的微小優化就能帶來顯著性能提升。

數位化製造賦予了設計快速迭代與高度靈活的能力,這是傳統工藝難以實現的。結合模擬分析與內部原型製造,這些工具正助力我們不斷接近長期目標:讓這款飛機不僅實現零排放,還能更加安靜、更具經濟性,並成為環保型訓練與休閒飛行的可行選擇。

了解更多案例

Fly-Mi 團隊如何為航空貨運挑戰賽準備貨運無人機 (UAV) card image

Fly-Mi 團隊如何為航空貨運挑戰賽準備貨運無人機 (UAV)

航空航太
CNC加工
原型製作
閱讀全文

為了準備2026年航空貨運挑戰賽(Air Cargo Challenge),Fly-Mi團隊正在開發Heméra——一款專為最大化有效載荷運輸而設計的固定翼無人機。該專案結合了先進的空氣動力學、結構有限元素分析(FEM)以及精密加工的鋁製模具,打造出一架飛行速度可達35公尺/秒的雙馬達飛機。

閱讀全文
倫敦帝國理工學院火箭團隊:運用精密數控加工零組件 打造新一代 NIMBUS 火箭 card image

倫敦帝國理工學院火箭團隊:運用精密數控加工零組件 打造新一代 NIMBUS 火箭

航空航太
CNC加工
原型製作
閱讀全文

與 Xometry 擇冪科技 攜手合作,協助我們將團隊自主研發的各類精密零組件全數落地量產,順利完成 NIMBUS 火箭整機研製,並登場 2023 年歐洲火箭挑戰賽!我們由衷感謝 Xometry 擇冪科技 的大力支持,也十分期待未來持續深化合作。

閱讀全文
從地下掘進到奔赴星辰:Elara Aerospace 如何推動歐洲亞軌道火箭工程發展 card image

從地下掘進到奔赴星辰:Elara Aerospace 如何推動歐洲亞軌道火箭工程發展

航空航太
CNC加工
研發
閱讀全文

為將這些零組件落地實現,我們需要高精度、短交貨週期的製造服務。我們透過 Xometry 擇冪科技,生產噴射器實驗專用的黃銅測試腔體,完全依照前期測試規格進行加工。

閱讀全文
Xometry 擇冪科技保障精密零件供應,讓研發效率重回快車道 card image

Xometry 擇冪科技保障精密零件供應,讓研發效率重回快車道

航空航太
CNC加工
研發
閱讀全文

與擇冪科技的合作讓我們能更專注於核心技術研發,節省了大量時間,顯著提升了項目效率。

閱讀全文
NASA聯手Xometry擇冪科技打造國際空間站快速追蹤關鍵生命支持系統 card image

NASA聯手Xometry擇冪科技打造國際空間站快速追蹤關鍵生命支持系統

航空航太
CNC加工
原型製作
閱讀全文

我們要求很多,但Xometry 擇冪科技完成得非常好。你們的CNC加工服務挽救了大局。

Jimmy Hill 首席機械設計工程師 NASA馬歇爾航空飛行中心
閱讀全文
協和式飛機頭部機械系統設計:航空工程的典範之作 card image

協和式飛機頭部機械系統設計:航空工程的典範之作

航空航太
3D打印
原型製作
閱讀全文

在實體原型製作階段,我選用了PA12尼龍材料的激光燒結技術。這種組合方案既能滿足所需的耐久性與尺寸精度要求,又兼具輕盈特性以確保模型結構完整性,其強度足以承受反覆操作。通過Xometry 擇冪科技按需製造服務平臺訂購零部件,使我在無需投入打印機或模具成本的前提下即可驗證設計方案——這對於小批量迭代原型開發具有決定性優勢。

Gianni Ercolani 個人創客
閱讀全文
為火星重新發明車輪:柔性無氣輪胎的工程創新 card image

為火星重新發明車輪:柔性無氣輪胎的工程創新

航空航太
3D打印
原型製作
閱讀全文

UCL Racing 的火星車團隊為歐洲火星車挑戰賽開發了無氣柔性車輪,在模擬火星表面進行比賽。借助 Xometry 擇冪科技 的 SLS 3D 打印和工程反饋,他們使用 EOS TPU 1301(Shore 86A)材料生產了六個車輪,採用徑向蜂窩晶格結構。最終設計滿足 220mm 直徑和 120N 負載要求,具有對稱胎面花紋和集成電機支架。

蔡志奇 隊員 UCL火星探測車團隊
閱讀全文
1 公釐的拯救:這件客製化 CNC 零組件如何救活了我的 5 軸機床專案 card image

1 公釐的拯救:這件客製化 CNC 零組件如何救活了我的 5 軸機床專案

機械製造
CNC加工
原型製作
閱讀全文

從零開始打造一台 CNC 工具機,過程中充滿了驗證你的設計是真正可行、還是僅能停留在 CAD 軟體裡的關鍵時刻。在客製化機械製造的世界中,從數位模型過渡到實體組裝很少是一帆風順的。而這就是其中一個經典時刻。

閱讀全文
Torx 機器人:Accu 工程技術與 Xometry擇冪科技精密 CNC 加工背後的故事 card image

Torx 機器人:Accu 工程技術與 Xometry擇冪科技精密 CNC 加工背後的故事

機器人 機械製造
CNC加工
原型製作
閱讀全文

走進 Torx 的開發幕後:Torx 是 Accu 為 FightFest 2026 打造的格鬥機器人,獲得了來自 Xometry 的 CNC 加工支援。探索它從設計圖紙走向競技場的歷程,瞭解格鬥機器人專案如何逐步成型,並見證 Torx 如何最終斬獲官方 FightFest 冠軍獎盃。

閱讀全文
3D 列印廢料的重新審視與桌面級耗材回收機故事的全新篇章 card image

3D 列印廢料的重新審視與桌面級耗材回收機故事的全新篇章

機械製造
3D打印 CNC加工
原型製作
閱讀全文

維也納 TGM 學生團隊透過敏捷測試與雙邊支撐重構,攻克馬達變形與校準難題,成功將 3D 列印廢料循環製成高品質 PLA 耗材。

閱讀全文
減重超50%的背後:WUT-7 賽車的輕量化與動力學重構 card image

減重超50%的背後:WUT-7 賽車的輕量化與動力學重構

電動出行
CNC加工
原型製作
閱讀全文

華沙理工車隊透過拓撲優化、優化運動學與客製化轉向系統,為WUT-7賽車實現關鍵部件減重超50%,並借助精密加工將極致輕量化設計成功帶上賽道。

閱讀全文
CoreSpin:以蛋白革新換熱器,打造更高效的換熱設備 card image

CoreSpin:以蛋白革新換熱器,打造更高效的換熱設備

能源
CNC加工
研發
閱讀全文

我們的專案將生物思維帶入一個極少涉足的領域 —— 熱工程。團隊正在研發一種導熱奈米塗層,覆蓋於換熱表面,以因應生物污垢、灰塵與沉積物堆積問題。

閱讀全文