无人机液氢储罐热-结构耦合分析框架：性能验证与完整性评估新标准

　　针对无人机(UAV)液氢储罐在极端工况下的热-力耦合难题，韩国材料研究院团队开发了集成热力学-结构-疲劳-冲击的多尺度分析框架。通过100 kN低温拉伸疲劳测试系统获取SUS316L/Al6061-T6材料参数，结合ABAQUS VUSDFLD子程序实现元素删除算法，验证了蒸汽冷却屏蔽(VCS)使蒸发率(BOR)降低15%，疲劳寿命超ISO 21029-1标准，为航空氢能储运系统安全设计建立新范式。

　　

随着全球碳中和进程加速，航空业占全球12%的CO₂
排放量面临严峻减排压力。氢能因其燃烧零排放特性成为理想替代能源，但液氢(LH₂
)在20K超低温存储时存在蒸发损失(BOR)与结构失效双重挑战。无人机(UAV)因体积限制需兼顾轻量化与抗冲击需求，传统分析框架难以应对飞行中的多向加速度载荷与280K温差的协同作用。韩国材料研究院Jinmyeong Heo团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，通过建立首个集成热-力-疲劳-冲击的四维评估体系，破解了航空储氢系统设计难题。

研究采用100 kN MTS低温测试系统获取SUS316L不锈钢和Al6061-T6铝合金在20-300K的力学参数，基于ASME BPVC Sec VIII Div.2标准设计6.75L双壁储罐。通过ABAQUS/Standard进行多物理场耦合仿真，Fe-safe软件执行基于Normal strain-Morrow方程的多轴疲劳分析，并开发VUSDFLD用户子程序模拟碰撞失效。实验验证采用液氮替代液氢进行BOR测试。

热分析
温度场模拟显示蒸汽冷却屏蔽(VCS)使热流密度降低42%，BOR从2.44%/h降至1.70%/h。红外热成像证实支撑管处存在0.8W/m·K的临界热导率，MLI(多层绝热)与VCS协同作用减少15%蒸发损失。

结构分析
在4.5g过载工况下，内罐焊缝处出现283MPa的Von Mises应力集中，通过增加2mm加强环使安全系数提升至2.1。支撑结构的拓扑优化使重量减轻17%仍满足ISO 21029-1抗屈曲要求。

疲劳分析
基于Manson-Coffin模型预测10⁶
次充放循环后，Al6061-T6在20K下的应变幅值Δε/2=0.35%时寿命超1.5×10⁷
次，较常温性能提升40%。

跌落冲击
45°斜向冲击模拟显示，VCS铝箔在15m/s撞击速度下发生VUSDFLD判据定义的单元失效，通过蜂窝结构设计使能量吸收率提升62%。

该研究首创的"热隔离-结构承载"协同优化方法，为航空储氢系统建立了三大新标准：①VCS效能量化评估体系；②基于应变能密度的多轴疲劳判据；③考虑材料相变的冲击失效准则。研究成果已应用于韩国海洋水产部的"先进船舶蓝氢"项目，推动氢能无人机在物流、农业等领域的商业化进程。团队指出未来需进一步研究复合材料在低温-振动耦合环境下的界面失效机制。