齊志剛：電動無人機優(yōu)點多 是未來發(fā)展趨勢
2016-11-29 14:39:40
摘要：武漢眾宇副總齊志剛表示，電動化是發(fā)展的趨勢，電動無人機優(yōu)點很多，操作比較簡單、可靠性高、飛行高度也可以增加，壽命也會比較長。
以下為齊志剛演講文字實錄：
齊志剛：今天給大家介紹一下國產無人機，公司是致力于開發(fā)和生產燃料電池動力系統(tǒng)，現在員工50多名，其中四位是留學歸國人員，公司也開發(fā)一些跟開發(fā)燃料電池動力系統(tǒng)上需要的關鍵核心輔助部件，現在已經和幾家車企簽署了物流車的協議。公司參與了15項燃料電池的制修訂工作，我們本人參與了30項，咱們國家發(fā)布了41項燃料電池方面的標準，我本人也是國際電工協會燃料電池技術分會第一工作組的牽頭人。
空氣冷電堆，主要是無人機、便攜式電源和備用電源，四川達州運行了兩年多也比較好，水冷電堆是功率比較大，車用動力電源和船用的輔電源，以及分布式電源。制解甲醇，基本上沒有能力做，但是公司有一定的技術儲備，關于制氫這塊，這是無人機上用的氣瓶是相對來說非常輕，儲氫量非常高，閥門的部件，核心的部件在全球是很難找到的，這是限制燃料電池發(fā)展的原因之一，空冷電堆一般電堆功率密度比水冷的低，整個系統(tǒng)是非常簡單的，整個系統(tǒng)非常的輕，非常適合于無人機的應用，因為無人機對重量要求非常苛刻。
空冷電堆在0.7伏左右的時候，功率密度達到0.6平方厘米，這對空冷電堆來說非常高，從整個電堆功率密度來講，1350瓦的電堆體積和質量功率密度達到400和500瓦每公斤，我們也在進行減重的工作，減重會達到600瓦每公斤，4500小時衰減10%，所以可靠性比較高，電堆的測試是24效果連續(xù)運行，國內能這么做的企業(yè)也不多。
減壓閥把70兆的氫氣減少到0.1兆帕，出口氫氣壓力非常的穩(wěn)定，閥只有200克，包括一些關鍵的部件，壓力傳感器、傳感器等功能閥門，可以批量化的生產，經過改裝以后會拓展到大功率燃料電池的車用和船用的動力系統(tǒng)上來。
無人機的發(fā)展情況，無人機發(fā)展速度非常快，無人機反恐、防火、測繪、農業(yè)和林業(yè)領域起到非常重要的作用，常規(guī)的無人機是以內燃機為動力的，但是有振動、污染、噪音、隱蔽性比較差，現在電動化是發(fā)展的趨勢，電動無人機優(yōu)點很多，操作比較簡單、可靠性高、飛行高度也可以增加，壽命也會比較長。在無人機領域如果用內燃機一般只能累計飛行一百小時，所以壽命是很短的，因為要為了減重，所以把無人機造的壽命并不長。電動化過程中電池是最簡單的選擇，一開始發(fā)展的時候是電池為動力的無人機，但是大家知道，跟機車上用的電池一樣也有問題，關鍵是電池能量密度比較低，飛機連續(xù)飛行的時間比較短，多旋翼的無人機電池飛不過一個小時，所以燃料電池成為最佳的選擇，關于固定翼無人機，有內燃機和電驅動，不管用什么驅動，一定要滿足這些要求，首先要能夠維持水平飛行、爬行和機動飛行提供動力，要滿足真實的情況或者是天氣惡劣情況下的飛行，要與系統(tǒng)里的導航和自動控制設備提供能力。目前超過80%的固定翼無人機是采用內燃機，內燃機航時比較長，但是振動噪音也是問題，電動無人機從五年前不足10%現在接近20%，發(fā)展速度非?？?。
用柴油的話增加一個小時是增加一升柴油的重量，時間飛的越長，用請燃料電池反倒比用液體燃料飛行的時間更長，這是很大的優(yōu)勢。國外固定翼燃料電池飛行了48小時，但是采用的是液體的燃料。圖上看到48小時連續(xù)飛行的記錄，平時大部分時間需要300瓦，起飛的時候達到600瓦，這是燃料電池無人機的應用要求過載能力非常大，否則飛機跑道需要很長才能起飛，飛機空中飛要考慮風速的影響，過載率不高，大風的時候會把飛機吹下來，風比較大的時候需求的功率達到600瓦左右。
多旋翼無人機，現在比固定翼發(fā)展的更快，比較燃料電池多旋翼、電池多旋翼和燃油直升機續(xù)航時間、使用壽命、可靠性、振動及噪音，和使用成本上的比較，燃料電池在這幾項中都占有優(yōu)勢。國際上多旋翼無人機，加拿大的公司飛了3小時40分鐘，實際情況下，我們已經飛到了4小時33分鐘，這是現在的世界紀錄。
中宇多旋翼無人機發(fā)展歷程，2015年1月份到6月份是驗證，當時心里也沒譜，不敢包括利用燃料電池把無人機飛起來，第二階段是實用化，主要進行了一些工作，完成可續(xù)航兩小時，打在兩到三公斤多旋翼無人機的平臺開發(fā)，采取大量減重的措施，實現了野外飛行三小時的世界紀錄，采用新型的飛控機任務系統(tǒng)，數據鏈拓展到十公里，升力效率達到12到15克每瓦，多旋翼無人機知道飛機大概多重，需要燃料電池加上電池的功率需要多少。2016年1月份到現在，向產品化進軍，實現野外飛行4.5小時世界紀錄，抗風能力達到12到14米每秒，瞬間抗七級風，在新疆進行的測試，完成了環(huán)境溫度的測試，燃料電池系統(tǒng)和電池系統(tǒng)快速的互換，現在無人機銷售的價格相對是比較好的，客戶想買一臺有的時候需要用電池、有的時候需要用燃料電池，我們就讓它能夠互換，用電池有很大的優(yōu)勢，電池如果倍率非常大雖然飛的時間短，但是能帶動大的載荷。
實現了產了系列化，現在開發(fā)載荷5公斤、續(xù)航超過1.5小時的產品。如圖，多旋翼無人機雖然也有額外的功率需求，但是一直要抵抗重力所以功率一直都是比較高的，也不會出現一開始固定翼一開始起飛時候的功率密度要求那么大，但是多旋翼一直要求很高的功率。
主要是進行實驗室的模擬測試，根據飛行中功率的變化和需求對動力系統(tǒng)進行測試，每天下班以后開始測試，因為測試過程中噪音會比較大，用風扇類似的東西噪音比較大，所以夏天測試超過十個小時，近一年時間中累計測試1400小時，測試的目的是不同情況下單次連續(xù)運行的時間，系統(tǒng)累計運行衰減情況和，無人機的電條、電機、螺旋槳的可靠性，產品化的動力系統(tǒng)，燃料電池整個的系統(tǒng)和儲氫的模塊，這是針對使用無人機的客戶來提供的。
環(huán)境溫度達到40度，當時測的時候，當時一代達到37度，這是環(huán)境溫度對它的影響。5升、9升、20升的氣瓶，匯報固定翼的無人機，固定翼的無人機飛起來比較的好飛，2015年2月份到6月份實用化，6月份實現了續(xù)航8小時，目標是帶三公斤實現續(xù)航12小時，大部分飛行的時間只有300多瓦，但是飛機起飛的時候是1100多瓦，過載三四倍。
多旋翼和固定翼，固定翼飛20次，多旋翼是室內飛了50次，測試的內容不同的環(huán)境條件，不同的機型，不同的電堆、燃料電池系統(tǒng)、飛控、客戶演示等等。標準制定的問題無人機用燃料電池全球都沒有標準，我們和國家標委會合作制定團標，第一是無人機燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的技術規(guī)范，這個標準是使用氫氣為燃料為微型輕型無人機做燃料電池標準，修改了三次，測試的內容共19大項需要測試，跟燃料電池動力系統(tǒng)相配套的燃料系統(tǒng)，也有個定義，燃料系統(tǒng)是可以很復雜的，但是無人機是需要盡量的簡化，因為重量是非常關鍵的，保證安全性的情況下很多部件最好不需要使用，這里就提出了可選的標準，測試的內容是9項，國家燃料電池標委會把無人機燃料電池標準列入明年的計劃中，前幾天去韓國開會，提到了國內燃料電池無人機的情況，建議國家把燃料電池無人機的標準向IEC提出申請，希望IEC做國際標準，被IEC接受的話這將是據我所知是中國唯一一個中國提議并被采納的國際標準。
環(huán)境適應性，0度以下或者是溫度很高的情況下，對燃料電池也是個考驗，尤其是空冷電堆，最大的缺點是耐高溫的能力比較差，因為是通過空氣進行冷卻的，如何適應更廣的溫度范圍，還有大雨天，還有糟糕的空氣質量。通過各種化學的制氫是可以的而且儲氫量也并不多，30到70兆帕的氫氣加氫站也不普及，需要暫時為客戶提供氫氣加壓的裝置，不但要賣燃料電池系統(tǒng)還要提供一套氫氣加壓的方式，現有的配套設備單次連續(xù)運營和累計運行壽命不足，現在電池無人機好多部件，比如說多旋翼的是不能飛行超過一個小時的，超過一個小時有些部件燒掉了，有的時候我們和無人機企業(yè)進行合作進行改進，沒有現成的。
多旋翼和固定翼燃料電池有效把電池和燃機優(yōu)點結合在一起，這是剛性的需求，最容易被市場接受，市場容量很可觀，高壓氫氣是目前最實用的供氫方式，氫氣的質量比達到10%，這是非常高的。做標準的時候，疲勞次數，車用氣瓶次數是一萬五千次，加氫站的缺乏為加氫帶來了不便，用戶最喜歡的是電，不要通過氣來增壓，因為電最方便，現有的無人機配套設備根據長航時的特性進行改進，謝謝大家！(能源新聞網)
