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無人機的應用領(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)了無人機的身影。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，無人機也在越來越多的機構(gòu)中被納入到運營范圍。因其輕便、易操作、低噪聲等特點，無人機行業(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，無人機的性能也在逐步提升。

傳統(tǒng)鋰電池的能量密度低，航時壽命短，一直制約著電動低空物流無人機行業(yè)的發(fā)展。燃料電池無人機是以燃料電池為動力的新能源無人機，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無人機飛行時間可達鋰電無人機的4-5倍。

此外，燃料電池無人機以其低噪聲、無污染、長航時的特性使其應用領(lǐng)域廣泛，并且它有較低的熱紅外特性，不易被發(fā)現(xiàn)，非常適合長時間偵察任務(wù)。目前無人機上使用最多的是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEM)，它的反應溫度適合無人機的工作環(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上應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)有小型電動無人機電源的動力方案，并計劃在長航時無人機上應用燃料電池技術(shù)。加利福尼亞大學對燃料電池無人機進行了初步的設(shè)計、選型和模擬工作，對燃料電池無人機系統(tǒng)進行集成，并取得了試飛成功。佐治亞理工大學開發(fā)了全電動飛機設(shè)計框架，提出了燃料電池混合動力系統(tǒng)設(shè)計方案。美國海軍和佐治亞理工大學合作，制造了燃料電池無人“離子虎”，并取得了試飛成功。美國海軍隨后又對“離子虎”進行了優(yōu)化，使其飛行時間進一步增加。英國、以色列和新加坡等國家也進行了很多燃料電池無人機相關(guān)技術(shù)的研究工作。

2008年，同濟大學開始了燃料電池無人機的研發(fā)工作。2010年，同濟大學先后完成了某型燃料電池無人機的選材工作、機翼載荷分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和有限元分析，對燃料電池無人機進行了初步的設(shè)計。2012年12月，同濟大學研制完成了我國第一架純?nèi)剂想姵責o人機“飛躍一號”，并在上海奉賢首次試飛成功，續(xù)航時間2h。它使用一個1000W的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為動力，有效載荷1kg。因為它的噪聲小，工作溫度低，無污染，非常適合戰(zhàn)場偵察等任務(wù)。

今年1月，兩江新區(qū)哈爾濱工業(yè)大學重慶研究院氫動力及低碳能源研究中心獨立開發(fā)的“青鷗30”氫動力無人機，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”氫動力無人機最大起飛重量30 kg，翼展4 m，飛行巡航速度18-25 m/s，巡航時間9小時，載重3 kg，續(xù)航里程可達800公里。該無人機是我國目前續(xù)航里程最長的氫動力無人機。

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

目前燃料電池無人機還存在許多問題，如燃料電池相比鋰電池功率密度低，響應速度慢。儲氫密度低，儲氫裝置占用的體積大，不利于飛機設(shè)計，燃料電池混合動力無人機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. 燃料電池無人機發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 戰(zhàn)術(shù)導彈技術(shù),2018,(01):65-71.

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燃料電池無人機發(fā)展及前景分析

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