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北航氢动一号!首飞!

发布日期:2024-04-29    作者:     来源:     点击:

2024年4月24日,由北航能源与动力工程学院研制的“北航氢动一号”全电航空发动机,在天津市静海区完成首飞!

该发动机能源来源于氢燃料电池,全部采用电能带动螺旋桨产生推力。此次飞行的无人机在采用“北航氢动一号”后,其最大续航时间比同质量锂电池提升一倍。

“北航氢动一号”全电航空发动机

随着低空经济战略性新兴产业的提出,以电推进为技术特点、面向1000米以下的无人机动力备受关注。相比于传统活塞发动机和燃气涡轮发动机,电推进动力系统具有能量转换效率高、热辐射低和零排放等技术优势,是中小型无人机动力系统的理想选择。

目前,中小型无人机很多选用锂电池作为储能装置,其不足之处是锂电池能量密度较低(约200-300Wh/kg);相比于锂电池,同质量氢燃料电池(含气源)具有更高的能量密度,是提升无人机续航时间的可行技术路径,也是我国大力发展“氢能战略”的关键技术路径之一。

试飞无人机为翼展3.5m的复合翼无人机,垂起降落阶段使用锂电池为旋翼供能,平飞巡航阶段采用全电发动机提供推力。在试飞过程中,“北航氢动一号”全电航空发动机全程工作平稳,无人机成功完成起飞、巡航、机动、降落等设定科目,巡航阶段燃料电池输出功率稳定维持在1600W以上,在提供平飞功率的同时为锂电池充电,首次飞行试验圆满成功,巡航飞行时长18分钟。

 

“北航氢动一号”全电航空发动机及试飞无人机

无人机起飞

根据无人机的飞行环境,“北航氢动一号”全电航空发动机将推进器、电机、燃料电池等进行高度融合设计,采用推进/冷却气流一体化的设计思想,直接从推进气流中引流,用于燃料电池的反应与冷却,舍弃了传统燃料电池进气和冷却所需的轴流风扇,进而提升了发动机的推重比。目前国内外尚未看到采用此类融合设计的氢能航空发动机实现飞行的报道,“北航氢动一号”的成功首飞验证了推进器/电机/燃料电池融合设计构型的技术可行性。

 

围绕国家双碳战略和航空发动机智能化、电动化发展趋势,北航能源与动力工程学院自2019年便开始布局规划新的学科和专业方向。2019年,学院在飞行器动力工程专业分设“智能电推进”方向;2022年,学院获批“空天智能电推进技术”教育部新增本科专业,同年11月,学院成立“氢能电推进航空发动机”型号研制团队;2023年,学院将“航空电推进与智能控制”列入未来重点发展的特色学科方向,同年,学院正式成立电推进系。本次首飞成功的“北航氢动一号”是“氢能电推进航空发动机”型号研制团队第一阶段研究成果,电推进本科专业首届毕业生(推免研究生)作为核心成员参与了研发工作。

北航能源与动力工程学院氢能电推进航空发动机型号团队

“北航氢动一号”试飞团队

北航能源与动力工程学院未来将以“北航氢动一号”为技术验证平台,针对下一代氢能混合动力航空发动机开展原理构型探索等基础研究和关键技术攻关,在课题组自由探索研究的基础上,开展有组织的科研活动,拓展氢能航空动力在未来航空领域的应用。

聚焦国家重大战略需求,加快科技成果的示范应用,加快新质生产力形成和发展。未来北航将继续健全产学研用协同创新机制,强化高校学科建设内涵与服务面向协同导向,为航空强国建设作出新的更大贡献!

 

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