“北航氫動一號”全電航空發動機在天津完成首飛

微信公眾號“北京航空航天大學”

2024-04-28 18:29

教育家 >

2024年4月24日

由北航能源與動力工程學院研制的

“北航氫動一號”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產生推力

此次飛行的無人機

在采用“北航氫動一號”后

其最大續航時間比同質量鋰電池

提升一倍

隨著低空經濟戰略性新興產業的提出，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鋰電池作為儲能裝置，其不足之處是鋰電池能量密度較低（約200-300Wh/kg）；相比于鋰電池，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的復合翼無人機，垂起降落階段使用鋰電池為旋翼供能，平飛巡航階段采用全電發動機提供推力。在試飛過程中， “北航氫動一號”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鋰電池充電，首次飛行試驗圓滿成功，巡航飛行時長18分鐘。

“北航氫動一號”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，“北航氫動一號”全電航空發動機將推進器、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。目前國內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，“北航氫動一號”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，北航能源與動力工程學院自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”型號研制團隊；2023年，學院將“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“北航氫動一號”是“氫能電推進航空發動機”型號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。