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無人機整機
無人機配件
無人機服務(wù)
設(shè)備與工具近年來，各種無人機在民用、軍事領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，民用無人機一般采用鋰電池作為能量來源，但由于鋰電池能量密度的限制，固定翼無人機的續(xù)航時間一般為3-4小時，旋翼無人機的續(xù)航時間一般為20-40分鐘，續(xù)航時間的不足限制了民用無人機的推廣與應(yīng)用。燃料電池是一種可以利用氫氣、氧氣作為反應(yīng)物，通過高效電化學反應(yīng)發(fā)電的能源裝置，氫燃料電池動力系統(tǒng)由于其高能量密度的特點，能夠?qū)o人機的續(xù)航時間提高2-3倍，在電動無人機領(lǐng)域的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。
“翌翔一號”燃料電池無人機
哈工大秦江教授翌翔無人機團隊基于對燃料電池動力系統(tǒng)多年深耕的基礎(chǔ)上，本著科研轉(zhuǎn)化成果，創(chuàng)造社會價值的理念，將目光投向了燃料電池電推進無人機這一蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域。時間回到2020年6月，經(jīng)過秦江老師和同學們的多輪研討，決定要研制一架新的燃料電池固定翼無人機，作為團隊在燃料電池飛行器領(lǐng)域的開山之作，并命名為“翌翔一號”。在2020年新冠疫情的特殊環(huán)境之下，團隊成員通過線上會議的方式緊鑼密鼓地攻克了無人機選型、無人機總體設(shè)計、動力系統(tǒng)設(shè)計等諸多難關(guān)，每周3次例會。開辟一條嶄新的道路總是需要披荊斬棘，并付出努力和汗水。暑假期間，團隊成員全員無休，大家吃住在校外租住的房子里開始了緊張的封閉開發(fā)。首先需要完成的是動力系統(tǒng)開發(fā)工作，相對于鋰電池動力系統(tǒng)，燃料電池無人機動力系統(tǒng)復(fù)雜度更高。經(jīng)過反復(fù)的摸索和實驗，團隊成員解決了燃料電池電堆的供氣、排氣、電堆活性不足等問題，測試了電堆的極化曲線特性，掌握了無人機的動力核心——燃料電池電堆的工作特性。8月份，團隊成員以燃料電池為核心配套了直流轉(zhuǎn)換器、超輕高壓氫氣罐、減壓閥、輸氣系統(tǒng)、動力鋰電池等多個部件，并開發(fā)了自動/主動切換式能量管理系統(tǒng)，在地面實驗中成功完成多次測試運行。 與此同時，團隊成員與外單位合作完成了適配燃料電池動力系統(tǒng)的無人機載機，經(jīng)過數(shù)十次外場飛行實驗，驗證了無人機載機的性能，并對載機進行了適應(yīng)性改裝。時間來到了10月，迎來整個項目的關(guān)鍵階段，燃料電池動力系統(tǒng)與無人機載機開始對接、集成，團隊成員動力系統(tǒng)的功率和重量配比進行了細致的調(diào)整，同時使動力系統(tǒng)契合無人機的飛行任務(wù)剖面，調(diào)整各部件的位置，增強無人機飛行的穩(wěn)定性。
“翌翔一號”起飛瞬間
團隊成員所需要應(yīng)對的不僅是發(fā)展燃料電池/鋰電池混合動力系統(tǒng)過程出現(xiàn)的重重問題，由于無人機實驗的對于環(huán)境條件的特殊需求，如果想在今年完成無人機項目，就需要趕在哈爾濱嚴寒大風天氣之前完成首飛，整個團隊也是在跟時間賽跑。完成燃料電池系統(tǒng)集成工作之后，最后的任務(wù)就是無人機的首飛測試了。10月中旬，天氣已經(jīng)轉(zhuǎn)寒，常常刮起5-6級大風，團隊成員兩次出發(fā)前往試飛場地，但最終由于天氣條件惡劣，為了首飛的穩(wěn)定性，取消了飛行測試。10月29日，團隊成員第三次出發(fā)來到試飛場，天氣條件達標，經(jīng)過細致的飛行檢查，飛行準備完成，隨著一聲令下，無人機啟動了手拋起飛模式，無人機動力系統(tǒng)開足馬力，一飛沖天，飛行過程十分順利，燃料電池/鋰電池混合動力系統(tǒng)工作正常，電源管理模塊工作正常，完成多項性能測試后，無人機在控制臺的控制下開啟降落傘平穩(wěn)落地，宣告了團隊首架燃料電池無人機——“翌翔一號”首飛實驗的圓滿成功。短短五個月，從無到有，“翌翔一號”燃料電池無人機的成功研制，一定程度上創(chuàng)造了奇跡。成功背后是團隊成員齊心協(xié)力、集智攻關(guān)、勇于克難的結(jié)果，也是哈工大人“規(guī)格嚴格、功夫到家”的精神體現(xiàn)。
“翌翔一號”燃料電池無人機飛行圖
“翌翔一號”無人機翼展為2.2m，最大起飛重量為8.0kg，有效載重大于0.5kg，理論續(xù)航時間可達到8小時，最大航程可以達到550km，是目前國內(nèi)起飛重量最小的燃料電池固定翼無人機，是首架可采用手拋起飛/降落傘降落的燃料電池固定翼無人機，實用性強。。得益于“翌翔一號”配備的高功率密度的燃料電池/鋰電池混合動力系統(tǒng)，“翌翔一號”可以采用手拋起飛、降落傘降落的起降方式，適合在各種復(fù)雜地形中使用。哈工大秦江教授課題組翌翔無人機團隊掌握了氫燃料電池無人機的總體設(shè)計流程，發(fā)展了一套兼具高功率密度和高能量密度的燃料電池/鋰電池混合動力系統(tǒng)和電源管理方法，并在試飛實驗中完成了各項技術(shù)驗證工作。燃料電池無人機得益于其續(xù)航優(yōu)勢，在多種傳統(tǒng)無人機應(yīng)用領(lǐng)域可以發(fā)揮更佳的能力。
燃料電池無人機的應(yīng)用前景廣闊。在無人機航拍、勘測場景中，使用燃料電池動力系統(tǒng)可將無人機續(xù)航時間提升2-3倍，可以對更廣闊的的區(qū)域進行探測，無人機運輸場景中，相同載重條件下，使用燃料電池動力系統(tǒng)可將無人機續(xù)航里程提升2-3倍，相同續(xù)航里程條件下，使用燃料電池動力系統(tǒng)可將無人機載重能力提升1.4倍，相對于使用鋰電池的無人機有著巨大優(yōu)勢。通過翌翔一號無人機的成功起飛，哈工大燃料電池無人機團隊積累了一定的技術(shù)和經(jīng)驗，為固定翼無人機的進一步優(yōu)化和其它類型燃料電池無人機的開發(fā)打下了堅實基礎(chǔ)。
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