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無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已越來越廣泛，攝影、偵查、物流等領(lǐng)域中均已經(jīng)出現(xiàn)了無人機(jī)的身影。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，無人機(jī)也在越來越多的機(jī)構(gòu)中被納入到運(yùn)營范圍。因其輕便、易操作、低噪聲等特點(diǎn)，無人機(jī)行業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。作為城市低空物流發(fā)展的主力軍，無人機(jī)的性能也在逐步提升。

傳統(tǒng)鋰電池的能量密度低，航時(shí)壽命短，一直制約著電動(dòng)低空物流無人機(jī)行業(yè)的發(fā)展。燃料電池?zé)o人機(jī)是以燃料電池為動(dòng)力的新能源無人機(jī)，相較于鋰電池，燃料電池有更高的能量密度，同等飛行條件下燃料電池?zé)o人機(jī)飛行時(shí)間可達(dá)鋰電無人機(jī)的4-5倍。

此外，燃料電池?zé)o人機(jī)以其低噪聲、無污染、長(zhǎng)航時(shí)的特性使其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，并且它有較低的熱紅外特性，不易被發(fā)現(xiàn)，非常適合長(zhǎng)時(shí)間偵察任務(wù)。目前無人機(jī)上使用最多的是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEM)，它的反應(yīng)溫度適合無人機(jī)的工作環(huán)境，并且有較高的能量密度與功率密度。

美國是試圖在無人機(jī)上應(yīng)用燃料電池最早的國家。2004年，美國空軍提出用燃料電池代替現(xiàn)有小型電動(dòng)無人機(jī)電源的動(dòng)力方案，并計(jì)劃在長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)上應(yīng)用燃料電池技術(shù)。加利福尼亞大學(xué)對(duì)燃料電池?zé)o人機(jī)進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)、選型和模擬工作，對(duì)燃料電池?zé)o人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行集成，并取得了試飛成功。佐治亞理工大學(xué)開發(fā)了全電動(dòng)飛機(jī)設(shè)計(jì)框架，提出了燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。美國海軍和佐治亞理工大學(xué)合作，制造了燃料電池?zé)o人“離子虎”，并取得了試飛成功。美國海軍隨后又對(duì)“離子虎”進(jìn)行了優(yōu)化，使其飛行時(shí)間進(jìn)一步增加。英國、以色列和新加坡等國家也進(jìn)行了很多燃料電池?zé)o人機(jī)相關(guān)技術(shù)的研究工作。

2008年，同濟(jì)大學(xué)開始了燃料電池?zé)o人機(jī)的研發(fā)工作。2010年，同濟(jì)大學(xué)先后完成了某型燃料電池?zé)o人機(jī)的選材工作、機(jī)翼載荷分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和有限元分析，對(duì)燃料電池?zé)o人機(jī)進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)。2012年12月，同濟(jì)大學(xué)研制完成了我國第一架純?nèi)剂想姵責(zé)o人機(jī)“飛躍一號(hào)”，并在上海奉賢首次試飛成功，續(xù)航時(shí)間2h。它使用一個(gè)1000W的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為動(dòng)力，有效載荷1kg。因?yàn)樗脑肼曅?，工作溫度低，無污染，非常適合戰(zhàn)場(chǎng)偵察等任務(wù)。

今年1月，兩江新區(qū)哈爾濱工業(yè)大學(xué)重慶研究院氫動(dòng)力及低碳能源研究中心獨(dú)立開發(fā)的“青鷗30”氫動(dòng)力無人機(jī)，在創(chuàng)新Σ科創(chuàng)部落（際華園）成功完成首飛。

據(jù)介紹，“青鷗30”氫動(dòng)力無人機(jī)最大起飛重量30 kg，翼展4 m，飛行巡航速度18-25 m/s，巡航時(shí)間9小時(shí)，載重3 kg，續(xù)航里程可達(dá)800公里。該無人機(jī)是我國目前續(xù)航里程最長(zhǎng)的氫動(dòng)力無人機(jī)。

國內(nèi)燃料電池?zé)o人機(jī)研究啟動(dòng)較晚，但目前也已經(jīng)有多家企業(yè)嘗試在各項(xiàng)性能上不斷開拓創(chuàng)新。技術(shù)上，影響燃料電池?zé)o人機(jī)性能的除了燃料電池技術(shù)以外，燃料電池?zé)o人機(jī)攜帶的氫氣量也直接決定了無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間，所以儲(chǔ)氫技術(shù)也至關(guān)重要。

目前燃料電池?zé)o人機(jī)還存在許多問題，如燃料電池相比鋰電池功率密度低，響應(yīng)速度慢。儲(chǔ)氫密度低，儲(chǔ)氫裝置占用的體積大，不利于飛機(jī)設(shè)計(jì)，燃料電池混合動(dòng)力無人機(jī)的能源控制裝置與控制方法等。

文章部分內(nèi)容來源：戴月領(lǐng),賀云濤,劉莉,張曉輝. 燃料電池?zé)o人機(jī)發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù),2018,(01):65-71.

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燃料電池?zé)o人機(jī)發(fā)展及前景分析

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