近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所質(zhì)子交換膜燃料
電池研究團隊研制的20kW燃料
電池系統(tǒng)為動力電源的國內(nèi)第一架有人駕駛?cè)剂想姵卦囼灆C在東北某機場成功首飛,標志著我國航空用燃料電池技術(shù)取得突破性進展,成為繼美、德之后第三個擁有該技術(shù)的國家。
該研究團隊2014年開始研發(fā)20kW以氫氣為燃料的航空用質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)。經(jīng)過兩年多的攻關(guān),突破了輕量化、高效水熱管理、高安全可靠系統(tǒng) 集成等多項關(guān)鍵技術(shù),研制的電源系統(tǒng)通過了全部地面聯(lián)試和環(huán)境適應(yīng)性、高速滑跑測試等考核。此次飛行中,燃料電池系統(tǒng)輸出性能、安全性、可靠性和環(huán)境適應(yīng) 性等全部達到了技術(shù)要求。
此前,該團隊先后研制了10kW級Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型航空用質(zhì)子交換膜燃料電池電源系統(tǒng),填補了我國該技術(shù)領(lǐng)域的空白。其中,Ⅰ型系統(tǒng)2009年11月應(yīng)用于我國首艘燃料電池動力飛艇“致遠一號”,Ⅱ 型系統(tǒng)2012年7月應(yīng)用于我國首架燃料電池?zé)o人機“雷鳥號”,Ⅲ 型系統(tǒng)2014年9月作為某飛艇的尾推動力通過了高海拔環(huán)境適應(yīng)性測試。本次有人駕駛飛行進一步驗證了所研制的燃料電池電源系統(tǒng)不僅安全可靠性高,而且在-20℃ 低溫環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)良的存放、啟動和運行性能。
燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置,是新能源技術(shù)的重要發(fā)展方向,可廣泛用于動力電源、分布式電站、移動電源等。以燃料電池為動力電源的航空器因低噪聲、零污染和長時間續(xù)航等顯著優(yōu)勢,成為近年來國際上新能源飛行器的研發(fā)熱點。
據(jù)中新網(wǎng)2012年12月26日報道,同濟大學(xué)對外宣布,由該校航空航天與力學(xué)學(xué)院、上海奧科賽飛機公司歷時一年多時間共同研制的中國第一架純?nèi)剂想姵責(zé)o人機“飛躍一號”,已在上海奉賢海邊首次試飛成功。
該無人機可升至2千米以內(nèi)高空,時速為30公里,可連續(xù)飛行2小時,非常適合用于環(huán)境監(jiān)測、戰(zhàn)場偵察等領(lǐng)域。
“為積極應(yīng)對能源與環(huán)境挑戰(zhàn),開發(fā)生物質(zhì)能、氫能等新能源的飛行器,已成為航空技術(shù)的未來發(fā)展方向之一;特別是以氫氣為原料、真正實現(xiàn)零排放的燃料電池電動飛機,更是航空工業(yè)發(fā)展的一個重要發(fā)展趨勢。”項目負責(zé)人、同濟大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院許震宇副教授介紹說,“世界上多個航空強國已經(jīng)試飛成功了多架新能源無人機和輕型飛機,臺灣成功大學(xué)和遼寧通用航空研究院分別已于2010年和今年7月研制成功了使用‘燃料電池及鋰電池’混合動力的無人飛機。”
同濟大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院自2008年起開始著手燃料電池飛行器的研制工作,建設(shè)了基本的測試、實驗系統(tǒng),并組織學(xué)院師生共同參與研發(fā)燃料電池?zé)o人機。首先確定了“僅使用燃料電池作為動力”的設(shè)計方案,以便將鋰電池的重量節(jié)省出來,用于裝載氫氣或有效載荷,從而增加其航程,或使無人機擁有更多的使用功能。
無人機的起飛重量如何能與燃料電池功率有效匹配?如何能安全儲藏、攜帶更多氫氣?面對新能源飛行器這一新生事物,研發(fā)團隊刻苦攻關(guān),經(jīng)過大量的理論推導(dǎo)和仿真計算,將研發(fā)中遇到的諸多科技難題逐一攻克。
2011年,航力學(xué)院牽手上海奧科賽飛機公司,共建“同濟大學(xué)奧科賽新能源飛行器研究室”,共同開展新能源飛行器的設(shè)計制造、仿真計算、地面推力試驗等研發(fā)工作,加快推進燃料電池?zé)o人機項目的研發(fā)進程。在無人機項目實施過程中,同濟大學(xué)主要負責(zé)項目總體方案、系統(tǒng)設(shè)計和分析、空氣動力和結(jié)構(gòu)計算、材料和結(jié)構(gòu)實驗等方面工作,奧科賽公司主要負責(zé)無人機外形設(shè)計、制造和試飛等工作。
2012年,該項目還獲上海市青浦區(qū)和同濟大學(xué)聯(lián)合資助,先后有同濟大學(xué)十余名研究生、本科生參與“飛躍一號”的研制。在上周一個刮著四五級風(fēng)的下午,“飛躍一號”首次試飛成功。
據(jù)介紹,“飛躍一號”翼展5米,起飛重量20公斤,有效載荷1公斤,巡航速度為30公里每小時,飛行高度小于2千米,續(xù)航時間2小時。它使用一個1千瓦的質(zhì)子交換膜燃料電池作為動力。
許震宇表示,燃料電池?zé)o人機不僅綠色環(huán)保,而且工作溫度低、噪音小、易于維護,非常適合用于環(huán)境監(jiān)測、戰(zhàn)場偵察等領(lǐng)域;其相關(guān)技術(shù)還可以用于指導(dǎo)燃料電池輕型飛機等新能源飛行器型號,以及大型民機燃料電池輔助動力系統(tǒng)的設(shè)計。
據(jù)介紹,在試飛成功基礎(chǔ)上,校企聯(lián)合研發(fā)團隊未來將進一步優(yōu)化并穩(wěn)定“飛躍一號”的各項性能,將連續(xù)航行時間延長至8至10小時,并加快其產(chǎn)品化產(chǎn)業(yè)化步伐,同時開始研制以燃料電池為動力的輕型飛機。
許震宇說,“通過設(shè)計、實驗可再生能源系統(tǒng),有望將燃料電池?zé)o人機續(xù)航時間提升到2至3天,甚至更長。”
(責(zé)任編輯:王杰)
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