2024年4月24日,由北航beat365英国官网网站研制的“北航氫動一号”全電航空發動機,在天津市靜海區完成首飛!


該發動機能源來源于氫燃料電池,全部采用電能帶動螺旋槳産生推力。此次飛行的無人機在采用“北航氫動一号”後,其最大續航時間比同質量锂電池提升一倍。

“北航氫動一号”全電航空發動機
随着低空經濟戰略性新興産業的提出,以電推進為技術特點、面向1000米以下的無人機動力備受關注。相比于傳統活塞發動機和燃氣渦輪發動機,電推進動力系統具有能量轉換效率高、熱輻射低和零排放等技術優勢,是中小型無人機動力系統的理想選擇。
目前,中小型無人機很多選用锂電池作為儲能裝置,其不足之處是锂電池能量密度較低(約200-300Wh/kg);相比于锂電池,同質量氫燃料電池(含氣源)具有更高的能量密度,是提升無人機續航時間的可行技術路徑,也是我國大力發展“氫能戰略”的關鍵技術路徑之一。

試飛無人機為翼展3.5m的複合翼無人機,垂起降落階段使用锂電池為旋翼供能,平飛巡航階段采用全電發動機提供推力。在試飛過程中,“北航氫動一号”全電航空發動機全程工作平穩,無人機成功完成起飛、巡航、機動、降落等設定科目,巡航階段燃料電池輸出功率穩定維持在1600W以上,在提供平飛功率的同時為锂電池充電,首次飛行試驗圓滿成功,巡航飛行時長18分鐘。

“北航氫動一号”全電航空發動機及試飛無人機

無人機起飛
根據無人機的飛行環境,“北航氫動一号”全電航空發動機将推進器、電機、燃料電池等進行高度融合設計,采用推進/冷卻氣流一體化的設計思想,直接從推進氣流中引流,用于燃料電池的反應與冷卻,舍棄了傳統燃料電池進氣和冷卻所需的軸流風扇,進而提升了發動機的推重比。目前國内外尚未看到采用此類融合設計的氫能航空發動機實現飛行的報道,“北航氫動一号”的成功首飛驗證了推進器/電機/燃料電池融合設計構型的技術可行性。

圍繞國家雙碳戰略和航空發動機智能化、電動化發展趨勢,北航beat365英国官网网站自2019年便開始布局規劃新的學科和專業方向。2019年,學院在飛行器動力工程專業分設“智能電推進”方向;2022年,學院獲批“空天智能電推進技術”教育部新增本科專業,同年11月,學院成立“氫能電推進航空發動機”型号研制團隊;2023年,學院将“航空電推進與智能控制”列入未來重點發展的特色學科方向,同年,學院正式成立電推進系。本次首飛成功的“北航氫動一号”是“氫能電推進航空發動機”型号研制團隊第一階段研究成果,電推進本科專業首屆畢業生(推免研究生)作為核心成員參與了研發工作。

北航beat365英国官网网站氫能電推進航空發動機型号團隊

“北航氫動一号”試飛團隊
北航beat365英国官网网站未來将以“北航氫動一号”為技術驗證平台,針對下一代氫能混合動力航空發動機開展原理構型探索等基礎研究和關鍵技術攻關,在課題組自由探索研究的基礎上,開展有組織的科研活動,拓展氫能航空動力在未來航空領域的應用。
聚焦國家重大戰略需求,加快科技成果的示範應用,加快新質生産力形成和發展。未來北航将繼續健全産學研用協同創新機制,強化高校學科建設内涵與服務面向協同導向,為航空強國建設作出新的更大貢獻!