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(tuán)隊(duì)研制的20kW燃料電池系統(tǒng)為動(dòng)力電源的國內(nèi)第一架有人駕駛?cè)剂想姵卦囼?yàn)機(jī)在東北某機(jī)場(chǎng)成功首飛，標(biāo)志著我國航空用燃料電池技術(shù)取得突破性進(jìn)展，成為繼美、德之后第三個(gè)擁有該技術(shù)的國家。
    該研究團(tuán)隊(duì)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(xiàng)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(cè)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(dá)到了技術(shù)要求。     此前，該團(tuán)隊(duì)先后研制了10kW級(jí)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(bǔ)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(dòng)力飛艇“致遠(yuǎn)一號(hào)”，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(jī)“雷鳥號(hào)”，Ⅲ 型系統(tǒng)2014年9月作為某飛艇的尾推動(dòng)力通過了高海拔環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試。本次有人駕駛飛行進(jìn)一步驗(yàn)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(dòng)和運(yùn)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(dòng)力電源、分布式電站、移動(dòng)電源等。以燃料電池為動(dòng)力電源的航空器因低噪聲、零污染和長時(shí)間續(xù)航等顯著優(yōu)勢(shì)，成為近年來國際上新能源飛行器的研發(fā)熱點(diǎn)。
    據(jù)中新網(wǎng)2012年12月26日?qǐng)?bào)道，同濟(jì)大學(xué)對(duì)外宣布，由該校航空航天與力學(xué)學(xué)院、上海奧科賽飛機(jī)公司歷時(shí)一年多時(shí)間共同研制的中國第一架純?nèi)剂想姵責(zé)o人機(jī)“飛躍一號(hào)”，已在上海奉賢海邊首次試飛成功。
    該無人機(jī)可升至2千米以內(nèi)高空，時(shí)速為30公里，可連續(xù)飛行2小時(shí)，非常適合用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察等領(lǐng)域。
    “為積極應(yīng)對(duì)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(shí)現(xiàn)零排放的燃料電池電動(dòng)飛機(jī)，更是航空工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、同濟(jì)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(gè)航空強(qiáng)國已經(jīng)試飛成功了多架新能源無人機(jī)和輕型飛機(jī)，臺(tái)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(dòng)力的無人飛機(jī)。”
    同濟(jì)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(cè)試、實(shí)驗(yàn)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(jī)。首先確定了“僅使用燃料電池作為動(dòng)力”的設(shè)計(jì)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(jī)擁有更多的使用功能。
    無人機(jī)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(chǔ)藏、攜帶更多氫氣？面對(duì)新能源飛行器這一新生事物，研發(fā)團(tuán)隊(duì)刻苦攻關(guān)，經(jīng)過大量的理論推導(dǎo)和仿真計(jì)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(jī)公司，共建“同濟(jì)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(jì)制造、仿真計(jì)算、地面推力試驗(yàn)等研發(fā)工作，加快推進(jìn)燃料電池?zé)o人機(jī)項(xiàng)目的研發(fā)進(jìn)程。在無人機(jī)項(xiàng)目實(shí)施過程中，同濟(jì)大學(xué)主要負(fù)責(zé)項(xiàng)目總體方案、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析、空氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)計(jì)算、材料和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)等方面工作，奧科賽公司主要負(fù)責(zé)無人機(jī)外形設(shè)計(jì)、制造和試飛等工作。
    2012年，該項(xiàng)目還獲上海市青浦區(qū)和同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合資助，先后有同濟(jì)大學(xué)十余名研究生、本科生參與“飛躍一號(hào)”的研制。在上周一個(gè)刮著四五級(jí)風(fēng)的下午，“飛躍一號(hào)”首次試飛成功。
    據(jù)介紹，“飛躍一號(hào)”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(shí)，飛行高度小于2千米，續(xù)航時(shí)間2小時(shí)。它使用一個(gè)1千瓦的質(zhì)子交換膜燃料電池作為動(dòng)力。
    許震宇表示，燃料電池?zé)o人機(jī)不僅綠色環(huán)保，而且工作溫度低、噪音小、易于維護(hù)，非常適合用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)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(jī)等新能源飛行器型號(hào)，以及大型民機(jī)燃料電池輔助動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
    據(jù)介紹，在試飛成功基礎(chǔ)上，校企聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)未來將進(jìn)一步優(yōu)化并穩(wěn)定“飛躍一號(hào)”的各項(xiàng)性能，將連續(xù)航行時(shí)間延長至8至10小時(shí)，并加快其產(chǎn)品化產(chǎn)業(yè)化步伐，同時(shí)開始研制以燃料電池為動(dòng)力的輕型飛機(jī)。
    許震宇說，“通過設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)可再生能源系統(tǒng)，有望將燃料電池?zé)o人機(jī)續(xù)航時(shí)間提升到2至3天，甚至更長。”
    
(責(zé)任編輯：王杰)