随着质子交换膜燃料电池（PEM FC）技术在汽车领域得到验证，其航空潜力正被认识，航空业正处在变革边缘。但当前燃料电池技术尚不能满足民用航空关键市场推进系统的需求。面向航空定制开发超过2MW乃至多兆瓦级的燃料电池发电系统（PGS），支撑氢燃料电动、高效、高性能飞行，正成为发展方向。
根据3D科学谷的市场观察，空客开展了一项名为Brava的项目，其全称为“面向航空的突破性燃料电池技术”。该项目的目标是开发用于航空、功率超过2MW的燃料电池发电系统（PGS），以重新定义飞机推进方式，支撑空客关于客运航班采用多兆瓦燃料电池发电系统的愿景。项目在燃料电池电堆、辅助系统（BoP）、热管理、热交换器和空气供应设计等方面开展创新。
未来飞机需要应对兆瓦级的散热挑战。按照Brava项目的判断，基于氢燃料电池的可持续航空动力“不仅是推进系统的挑战，更是热管理的挑战”。该项目要在热管理系统中创新采用两相冷却系统（2-PC）和增材制造热交换器（AM-HX）技术，并通过增材制造设计、开发、测试并验证紧凑型空气-液体热交换器；热交换器还需优化排热，同时无缝集成到飞机系统中。
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然而，兆瓦级热负荷所带来的散热挑战远超增材制造以往所服务的紧凑型、低热负荷应用。值得关注的是，参与Brava项目的Madit公司，采用金属增材制造技术以及模块化设计思路，开发了一款近一米的铝合金3D打印热交换器，或将破解这一散热难题。本期谷·透视，将聚焦探讨这款热交换器对于Brava项目下燃料电池发电系统热管理创新的意义。
为Brava项目开发的燃料电池发电系统增材制造热交换器
来源：Madit
增材制造热交换器是重要的创新子集
Brava项目周期为2022年12月至2025年12月，项目总预算19,986,841欧元，共有14家合作伙伴。
来源：Airbus
项目挑战集中在燃料电池电堆及其辅助系统（BoP）部件，并在采用两相冷却系统（2-PC）和增材制造热交换器（AM-HX）技术的热管理系统中开展创新，空气供应系统也进行研发。每个子系统在集成前都要经过严格验证。
来源：Airbus
在解决方案上，Brava项目从初步设计阶段开始，构想一个无缝融合各子系统的完整的燃料电池发电系统（PGS）。虽然重点是子系统技术进步，但将其集成到动力推进系统以及飞机级集成将在后续阶段进行。项目强调，每个部件都要经过详尽测试以满足最高标准，部件级和子系统级测试确保符合既定准则；并以基准技术部件为参照，对照参考燃料电池系统架构评估性能。
来源：Airbus
Brava项目提出的具体目标包括：定义基于燃料电池的发电系统架构和安全要求；设计、开发、测试并验证燃料电池电堆两相冷却系统；通过增材制造设计、开发、测试并验证紧凑型空气-液体热交换器；开发、优化、测试并验证高性能燃料电池电堆；为航空燃料电池系统开发、测试并验证空气供应子系统；设计具有高效率和功率密度、并与航空规格及约束条件兼容的燃料电池发电系统。
在优势层面，Brava项目提出：基于两相冷却的TMS采用紧凑设计，优先考虑燃油效率和减重；增材制造技术优化排热，同时无缝集成到飞机系统中，提升性能和燃油效率；先进电堆单电池催化剂与膜释放更高性能、耐久性和运行能力；创新空气供应架构减少功率损失和重量，降低燃油消耗和设备成本；优化的燃料电池系统架构通过阳极和阴极流路再循环等创新概念，促进紧凑性、轻量化设计并提高运行可靠性。
由此可见，Brava项目的应对不是单点突破，而是在完整PGS初步设计框架下，聚焦燃料电池电堆、BoP、TMS、热交换器和空气供应等子系统，经过严格验证后再走向动力推进系统和飞机级集成。
热管理中的两相冷却系统和增材制造热交换器，正是这一路径中的关键组成。
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3D打印模块化装配，做出近一米紧凑热交换器
在Brava项目中，Madit公司的核心贡献是铝合金3D打印以及散热器结构部件和热交换器的装配。为在不牺牲热性能的前提下克服打印舱尺寸的常见限制，项目采用了高精度模块化方案。
Madit开发的热交换器包括4个中心芯体模块和2个主集流管。其中，4个中心芯体模块，采用先进内部几何结构，旨在在不增加质量的情况下最大化水-乙二醇与空气之间的传热。而2个主集流管，旨在优化冷却液流动并确保均匀分配。最终，制造商将这六个3D打印部件进行精密连接与焊接，装配而成单个近一米长的紧凑型热交换器。
金属3D打印能够实现极严格的公差以及传统机加工或成形工艺无法完成的内部几何结构，确保极端工况下的密封性和结构强度。在这一应案例中，Madit公司制造的200 kW热功率演示验证件，不仅代表3D打印部件在尺寸和冷却功率上的里程碑，而且与巡航和起飞工况下的传统基准部件相比，实现了总质量减少33%、占用体积减少11%、气动阻力降低22%，这将转化为更高的能效、更低的燃油消耗和更长的航程。
Madit公司表示，得益于金属增材制造的技术灵活性以及该模块化架构的验证，已准备好将这些3D打印工艺扩展到全尺寸商用氢能飞机所需的散热水平。
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