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無(wú)人機(jī)整機(jī)
無(wú)人機(jī)配件
無(wú)人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具燃料電池無(wú)人機(jī)是指以燃料電池為無(wú)人機(jī)提供部分或全部動(dòng)力的無(wú)人機(jī)，一般采用質(zhì)子交換膜燃料電池，采用氫氣和氧氣作為反應(yīng)氣體，在燃料電池電堆中，通過(guò)氫氣與氧氣的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力。由于采用高能量密度的氫氣作為能量來(lái)源，相對(duì)于以鋰電池為動(dòng)力的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，相同條件下，燃料電池?zé)o人機(jī)的續(xù)航時(shí)間往往可以達(dá)到鋰電池?zé)o人機(jī)的3倍，能夠很大程度地拓展電動(dòng)無(wú)人機(jī)在民用領(lǐng)域的使用。同時(shí)相較于以汽油、航空煤油等化石燃料為動(dòng)力的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，燃料電池?zé)o人機(jī)完全不排放出任何溫室氣體，同時(shí)效率較高，隱蔽性好，在軍事領(lǐng)域也頗具優(yōu)勢(shì)。因此，近年來(lái)，燃料電池?zé)o人機(jī)研究受到了廣泛關(guān)注。
“翌翔一號(hào)”燃料電池?zé)o人機(jī)
哈工大能源學(xué)院秦江教授帶領(lǐng)的翌翔無(wú)人機(jī)團(tuán)隊(duì)在研究組對(duì)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)深耕的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了燃料電池?zé)o人機(jī)領(lǐng)域的工作，于2020年10月完成了團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的首架8kg級(jí)燃料電池?zé)o人機(jī)——“翌翔一號(hào)”無(wú)人機(jī)的首飛實(shí)驗(yàn)，搭載了團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的燃料電池/鋰電池混合動(dòng)力系統(tǒng)，在試飛實(shí)驗(yàn)中圓滿完成了各項(xiàng)飛行任務(wù)，驗(yàn)證了燃料電池/鋰電池混合動(dòng)力系統(tǒng)的各項(xiàng)性能?；凇耙钕枰惶?hào)”無(wú)人機(jī)的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，翌翔團(tuán)隊(duì)于2020年10月緊鑼密鼓地啟動(dòng)了“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。“翌翔一號(hào)”無(wú)人機(jī)是翌翔團(tuán)隊(duì)第一架燃料電池?zé)o人機(jī)，在設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中積累了很多燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)飛行器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也將這些寶貴經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到了“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中?！耙钕瓒?hào)”無(wú)人機(jī)針對(duì)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的額定功率進(jìn)行推進(jìn)作為標(biāo)準(zhǔn)，確定無(wú)人機(jī)的總體參數(shù)。把握精細(xì)化設(shè)計(jì)的原則，在保證無(wú)人機(jī)系統(tǒng)安全運(yùn)行的條件下，對(duì)無(wú)人機(jī)的各個(gè)部件進(jìn)行了輕量化和適應(yīng)性設(shè)計(jì)。選取了成熟的無(wú)人機(jī)構(gòu)型，同時(shí)進(jìn)行了多架次的無(wú)人機(jī)氣動(dòng)驗(yàn)證機(jī)的飛行試驗(yàn)，保證了無(wú)人機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，確保無(wú)人機(jī)飛行的可靠性。
“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)剖面圖
由于團(tuán)隊(duì)所處的“冰城”哈爾濱的冬季氣候寒冷、風(fēng)力強(qiáng)勁，不適宜無(wú)人機(jī)的飛行試驗(yàn)，為了保證項(xiàng)目順利進(jìn)行，在多方幫助下，翌翔團(tuán)隊(duì)于2021年1月初攜實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)到了氣候溫暖的“椰城”海口，以海南大學(xué)作為臨時(shí)基地，在為期一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，團(tuán)隊(duì)成員克服了各種困難，開(kāi)展了“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作。
根據(jù)“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)的總體設(shè)計(jì)，無(wú)人機(jī)的最大起飛重量達(dá)到了20kg，為了擴(kuò)展無(wú)人機(jī)的使用場(chǎng)景，增加無(wú)人機(jī)的實(shí)用性，翌翔團(tuán)隊(duì)確定“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)的起降方式為彈射起飛/降落傘降落，翌翔團(tuán)隊(duì)根據(jù)無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)設(shè)計(jì)了針對(duì)性的彈射裝置方案。起飛是無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中最初過(guò)程，起飛階段的成敗對(duì)無(wú)人機(jī)能否順利飛行具有先決影響，因此翌翔團(tuán)隊(duì)首先對(duì)彈射系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)成員在熟悉彈射系統(tǒng)的操作后，分別完成了“翌翔一號(hào)”和“翌翔二號(hào)”的鋰電池動(dòng)力彈射試飛實(shí)驗(yàn)，完成了彈射裝置對(duì)無(wú)人機(jī)的適配工作，成功進(jìn)行了無(wú)人機(jī)的彈射起飛實(shí)驗(yàn)，無(wú)人機(jī)均順利起飛。彈射起飛方式使無(wú)人機(jī)具有了一定的初速度，能夠在各種地形條件下使無(wú)人機(jī)起飛，拓展了無(wú)人機(jī)的使用場(chǎng)景。
“翌翔二號(hào)”燃料電池?zé)o人機(jī)
翌翔團(tuán)隊(duì)為無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)了并聯(lián)式鋰電池/燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)方案。燃料電池運(yùn)行額定功率和無(wú)人機(jī)巡航功率匹配，當(dāng)無(wú)人機(jī)處于巡航狀態(tài)時(shí)，燃料電池單獨(dú)工作為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力，當(dāng)無(wú)人機(jī)處于彈射起飛或機(jī)動(dòng)飛行的狀態(tài)時(shí)，燃料電池和鋰電池共同工作為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力，燃料電池處于額定工作狀態(tài)，鋰電池為無(wú)人機(jī)提供其余部分能量。這種方案充分發(fā)揮了燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)高能量密度的特點(diǎn)，為無(wú)人機(jī)提供長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航能力，同時(shí)利用高功率密度的鋰電池解決燃料電池系統(tǒng)功率密度較低的問(wèn)題。
秦江教授帶領(lǐng)翌翔團(tuán)隊(duì)，首先對(duì)燃料電池/鋰電池混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了地面運(yùn)行試驗(yàn)，測(cè)定了動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，動(dòng)力系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中運(yùn)行正常，在低功率運(yùn)行下燃料電池提供全部功率，隨著總功率提高，燃料電池輸出功率穩(wěn)定于額定功率，總功率繼續(xù)升高時(shí)，其余功率由鋰電池提供，系統(tǒng)運(yùn)行正常，符合無(wú)人機(jī)的應(yīng)用要求。
“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)起飛瞬間
接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)成員將動(dòng)力系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)整合，完成了各部件的安裝定位工作，并對(duì)無(wú)人機(jī)的重心位置進(jìn)行了微調(diào)，進(jìn)行了多次地面調(diào)試，完成了無(wú)人機(jī)試飛前的各項(xiàng)檢查工作，確保無(wú)人機(jī)的飛行安全。2021年2月5日，翌翔團(tuán)隊(duì)將“翌翔二號(hào)”帶到飛行實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，天氣條件達(dá)標(biāo)，飛行準(zhǔn)備完成，隨著一聲令下，彈射器啟動(dòng)，無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)全功率運(yùn)行，起飛順利，飛行過(guò)程順利，燃料電池/鋰電池混合動(dòng)力系統(tǒng)工作正常，電源管理模塊工作正常，記錄了各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)，完成了滑翔降落，“翌翔二號(hào)” 燃料電池?zé)o人機(jī)首飛實(shí)驗(yàn)的圓滿成功。
“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)巡航飛行
“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)翼展為3.2m，最大起飛重量為20kg，最大載重可以達(dá)到3.5kg，理論續(xù)航時(shí)間可達(dá)到16小時(shí)，最大航程可以達(dá)到1000km，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)應(yīng)用于“翌翔二號(hào)”的燃料電池/鋰電池混合動(dòng)力系統(tǒng)具有高功率密度和高能量密度的特點(diǎn)，是鋰電池?zé)o人機(jī)的續(xù)航時(shí)間的3倍。“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)采用了動(dòng)力系統(tǒng)/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方式，根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)特點(diǎn)，對(duì)功率輸出，通風(fēng)排氣，散熱系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)性的整體化設(shè)計(jì)，有效提升了動(dòng)力系統(tǒng)綜合性能，具有良好的實(shí)用性能。無(wú)人機(jī)采用了MFM新材料制作機(jī)身結(jié)構(gòu)，無(wú)人機(jī)內(nèi)部空間充足，機(jī)體重量?jī)H為8kg，在長(zhǎng)航時(shí)飛行、大載重飛行、機(jī)動(dòng)飛行等不同使用條件下可以應(yīng)用多種的燃料電池混合動(dòng)力方案。無(wú)人機(jī)配備了燃料電池空中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備艙，可以作為燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)和各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的長(zhǎng)航時(shí)空中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。同時(shí)“翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)可以采用多種起降方式：滑跑起降、彈射起飛/降落傘降落、垂直起降等不同方案，分別使用對(duì)應(yīng)的混合動(dòng)力方案，在多場(chǎng)景下發(fā)揮出燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)成熟度高，實(shí)用化水平高?！?/p>
翌翔二號(hào)”無(wú)人機(jī)是國(guó)內(nèi)首架可以采用多種起降方式，具有大載重、長(zhǎng)航時(shí)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
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