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(chǎn)無人機，公司是致力于開發(fā)和生產(chǎn)燃料電池動力系統(tǒng)，現(xiàn)在員工50多名，其中四位是留學(xué)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(guān)鍵核心輔助部件，現(xiàn)在已經(jīng)和幾家車企簽署了物流車的協(xié)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(biāo)準(zhǔn)，我本人也是國際電工協(xié)會燃料電池技術(shù)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(dá)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(shù)儲備，關(guān)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(yīng)用，因為無人機對重量要求非?？量獭?br /> 空冷電堆在0.7伏左右的時候，功率密度達(dá)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(zhì)量功率密度達(dá)到400和500瓦每公斤，我們也在進行減重的工作，減重會達(dá)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(nèi)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(guān)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(chǎn)，經(jīng)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?？?，無人機反恐、防火、測繪、農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域起到非常重要的作用，常規(guī)的無人機是以內(nèi)燃機為動力的，但是有振動、污染、噪音、隱蔽性比較差，現(xiàn)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(lǐng)域如果用內(nèi)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(guān)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(guān)于固定翼無人機，有內(nèi)燃機和電驅(qū)動，不管用什么驅(qū)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(dǎo)航和自動控制設(shè)備提供能力。目前超過80%的固定翼無人機是采用內(nèi)燃機，內(nèi)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(xiàn)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(dá)到600瓦，這是燃料電池?zé)o人機的應(yīng)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(fēng)速的影響，過載率不高，大風(fēng)的時候會把飛機吹下來，風(fēng)比較大的時候需求的功率達(dá)到600瓦左右。
多旋翼無人機，現(xiàn)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(jīng)飛到了4小時33分鐘，這是現(xiàn)在的世界紀(jì)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(dāng)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(xiàn)了野外飛行三小時的世界紀(jì)錄，采用新型的飛控機任務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)鏈拓展到十公里，升力效率達(dá)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(xiàn)在，向產(chǎn)品化進軍，實現(xiàn)野外飛行4.5小時世界紀(jì)錄，抗風(fēng)能力達(dá)到12到14米每秒，瞬間抗七級風(fēng)，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(xiàn)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(xiàn)了產(chǎn)了系列化，現(xiàn)在開發(fā)載荷5公斤、續(xù)航超過1.5小時的產(chǎn)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(xiàn)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(jù)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(fēng)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(chǎn)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(dá)到40度，當(dāng)時測的時候，當(dāng)時一代達(dá)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(xiàn)了續(xù)航8小時，目標(biāo)是帶三公斤實現(xiàn)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(nèi)飛了50次，測試的內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)制定的問題無人機用燃料電池全球都沒有標(biāo)準(zhǔn)，我們和國家標(biāo)委會合作制定團標(biāo)，第一是無人機燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，這個標(biāo)準(zhǔn)是使用氫氣為燃料為微型輕型無人機做燃料電池標(biāo)準(zhǔn)，修改了三次，測試的內(nèi)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(fù)雜的，但是無人機是需要盡量的簡化，因為重量是非常關(guān)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(biāo)準(zhǔn)，測試的內(nèi)容是9項，國家燃料電池標(biāo)委會把無人機燃料電池標(biāo)準(zhǔn)列入明年的計劃中，前幾天去韓國開會，提到了國內(nèi)燃料電池?zé)o人機的情況，建議國家把燃料電池?zé)o人機的標(biāo)準(zhǔn)向IEC提出申請，希望IEC做國際標(biāo)準(zhǔn)，被IEC接受的話這將是據(jù)我所知是中國唯一一個中國提議并被采納的國際標(biāo)準(zhǔn)。
環(huán)境適應(yīng)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(yīng)更廣的溫度范圍，還有大雨天，還有糟糕的空氣質(zhì)量。通過各種化學(xué)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(xiàn)有的配套設(shè)備單次連續(xù)運營和累計運行壽命不足，現(xiàn)在電池?zé)o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(xiàn)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(jié)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(zhì)量比達(dá)到10%，這是非常高的。做標(biāo)準(zhǔn)的時候，疲勞次數(shù)，車用氣瓶次數(shù)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(xiàn)有的無人機配套設(shè)備根據(jù)長航時的特性進行改進，謝謝大家！(能源新聞網(wǎng))
