燃料电池无人机发展及前景分析
2022-07-11
氢能观察张赢880820核心提示：无人机的应用领域已越来越广泛，摄影、侦查、物流等领域中均已经出现了无人机的身影。随着大数据时代的到来，无人机也在越来越多的机构中被纳入到运营范围。因其轻便、易操作、低噪声等特点，无人机行业发展前景十分广阔。作为城市低空物流发展的主力军，无人
无人机的应用领域已越来越广泛，摄影、侦查、物流等领域中均已经出现了无人机的身影。随着大数据时代的到来，无人机也在越来越多的机构中被纳入到运营范围。因其轻便、易操作、低噪声等特点，无人机行业发展前景十分广阔。作为城市低空物流发展的主力军，无人机的性能也在逐步提升。传统锂电池的能量密度低，航时寿命短，一直制约着电动低空物流无人机行业的发展。燃料电池无人机是以燃料电池为动力的新能源无人机，相较于锂电池，燃料电池有更高的能量密度，同等飞行条件下燃料电池无人机飞行时间可达锂电无人机的4-5倍。此外，燃料电池无人机以其低噪声、无污染、长航时的特性使其应用领域广泛，并且它有较低的热红外特性，不易被发现，非常适合长时间侦察任务。目前无人机上使用最多的是质子交换膜燃料电池(PEM)，它的反应温度适合无人机的工作环境，并且有较高的能量密度与功率密度。美国是试图在无人机上应用燃料电池最早的国家。2004年，美国空军提出用燃料电池代替现有小型电动无人机电源的动力方案，并计划在长航时无人机上应用燃料电池技术。加利福尼亚大学对燃料电池无人机进行了初步的设计、选型和模拟工作，对燃料电池无人机系统进行集成，并取得了试飞成功。佐治亚理工大学开发了全电动飞机设计框架，提出了燃料电池混合动力系统设计方案。美国海军和佐治亚理工大学合作，制造了燃料电池无人“离子虎”，并取得了试飞成功。美国海军随后又对“离子虎”进行了优化，使其飞行时间进一步增加。英国、以色列和新加坡等国家也进行了很多燃料电池无人机相关技术的研究工作。2008年，同济大学开始了燃料电池无人机的研发工作。2010年，同济大学先后完成了某型燃料电池无人机的选材工作、机翼载荷分析、结构设计和有限元分析，对燃料电池无人机进行了初步的设计。2012年12月，同济大学研制完成了我国第一架纯燃料电池无人机“飞跃一号”，并在上海奉贤首次试飞成功，续航时间2h。它使用一个1000W的质子交换膜燃料电池(PEMFC)为动力，有效载荷1kg。因为它的噪声小，工作温度低，无污染，非常适合战场侦察等任务。今年1月，两江新区哈尔滨工业大学重庆研究院氢动力及低碳能源研究中心独立开发的“青鸥30”氢动力无人机，在创新Σ科创部落（际华园）成功完成首飞。据介绍，“青鸥30”氢动力无人机最大起飞重量30 kg，翼展4 m，飞行巡航速度18-25 m/s，巡航时间9小时，载重3 kg，续航里程可达800公里。该无人机是我国目前续航里程最长的氢动力无人机。国内燃料电池无人机研究启动较晚，但目前也已经有多家企业尝试在各项性能上不断开拓创新。技术上，影响燃料电池无人机性能的除了燃料电池技术以外，燃料电池无人机携带的氢气量也直接决定了无人机的续航时间，所以储氢技术也至关重要。
目前燃料电池无人机还存在许多问题，如燃料电池相比锂电池功率密度低，响应速度慢。储氢密度低，储氢装置占用的体积大，不利于飞机设计，燃料电池混合动力无人机的能源控制装置与控制方法等。文章部分内容来源：戴月领,贺云涛,刘莉,张晓辉. 燃料电池无人机发展及关键技术分析[J]. 战术导弹技术,2018,(01):65-71.
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