近日，中國科學院大連化學物理研究所質子交換膜燃料電池研究團隊研制的20kW燃料電池系統為動力電源的國內第一架有人駕駛燃料電池試驗機在東北某機場成功首飛，標志著我國航空用燃料電池技術取得突破性進展，成為繼美、德之后第三個擁有該技術的國家。
    該研究團隊2014年開始研發20kW以氫氣為燃料的航空用質子交換膜燃料電池技術。經過兩年多的攻關，突破了輕量化、高效水熱管理、高安全可靠系統 集成等多項關鍵技術，研制的電源系統通過了全部地面聯試和環境適應性、高速滑跑測試等考核。此次飛行中，燃料電池系統輸出性能、安全性、可靠性和環境適應 性等全部達到了技術要求。     此前，該團隊先后研制了10kW級Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型航空用質子交換膜燃料電池電源系統，填補了我國該技術領域的空白。其中，Ⅰ型系統2009年11月應用于我國首艘燃料電池動力飛艇“致遠一號”，Ⅱ 型系統2012年7月應用于我國首架燃料電池無人機“雷鳥號”，Ⅲ 型系統2014年9月作為某飛艇的尾推動力通過了高海拔環境適應性測試。本次有人駕駛飛行進一步驗證了所研制的燃料電池電源系統不僅安全可靠性高，而且在-20℃ 低溫環境下表現出優良的存放、啟動和運行性能。
    燃料電池是一種高效、環境友好的發電裝置，是新能源技術的重要發展方向，可廣泛用于動力電源、分布式電站、移動電源等。以燃料電池為動力電源的航空器因低噪聲、零污染和長時間續航等顯著優勢，成為近年來國際上新能源飛行器的研發熱點。
    據中新網2012年12月26日報道，同濟大學對外宣布，由該校航空航天與力學學院、上海奧科賽飛機公司歷時一年多時間共同研制的中國第一架純燃料電池無人機“飛躍一號”，已在上海奉賢海邊首次試飛成功。
    該無人機可升至2千米以內高空，時速為30公里，可連續飛行2小時，非常適合用于環境監測、戰場偵察等領域。
    “為積極應對能源與環境挑戰，開發生物質能、氫能等新能源的飛行器，已成為航空技術的未來發展方向之一；特別是以氫氣為原料、真正實現零排放的燃料電池電動飛機，更是航空工業發展的一個重要發展趨勢。”項目負責人、同濟大學航空航天與力學學院許震宇副教授介紹說，“世界上多個航空強國已經試飛成功了多架新能源無人機和輕型飛機，臺灣成功大學和遼寧通用航空研究院分別已于2010年和今年7月研制成功了使用‘燃料電池及鋰電池’混合動力的無人飛機。”
    同濟大學航空航天與力學學院自2008年起開始著手燃料電池飛行器的研制工作，建設了基本的測試、實驗系統，并組織學院師生共同參與研發燃料電池無人機。首先確定了“僅使用燃料電池作為動力”的設計方案，以便將鋰電池的重量節省出來，用于裝載氫氣或有效載荷，從而增加其航程，或使無人機擁有更多的使用功能。
    無人機的起飛重量如何能與燃料電池功率有效匹配？如何能安全儲藏、攜帶更多氫氣？面對新能源飛行器這一新生事物，研發團隊刻苦攻關，經過大量的理論推導和仿真計算，將研發中遇到的諸多科技難題逐一攻克。
    2011年，航力學院牽手上海奧科賽飛機公司，共建“同濟大學奧科賽新能源飛行器研究室”，共同開展新能源飛行器的設計制造、仿真計算、地面推力試驗等研發工作，加快推進燃料電池無人機項目的研發進程。在無人機項目實施過程中，同濟大學主要負責項目總體方案、系統設計和分析、空氣動力和結構計算、材料和結構實驗等方面工作，奧科賽公司主要負責無人機外形設計、制造和試飛等工作。
    2012年，該項目還獲上海市青浦區和同濟大學聯合資助，先后有同濟大學十余名研究生、本科生參與“飛躍一號”的研制。在上周一個刮著四五級風的下午，“飛躍一號”首次試飛成功。
    據介紹，“飛躍一號”翼展5米，起飛重量20公斤，有效載荷1公斤，巡航速度為30公里每小時，飛行高度小于2千米，續航時間2小時。它使用一個1千瓦的質子交換膜燃料電池作為動力。
    許震宇表示，燃料電池無人機不僅綠色環保，而且工作溫度低、噪音小、易于維護，非常適合用于環境監測、戰場偵察等領域；其相關技術還可以用于指導燃料電池輕型飛機等新能源飛行器型號，以及大型民機燃料電池輔助動力系統的設計。
    據介紹，在試飛成功基礎上，校企聯合研發團隊未來將進一步優化并穩定“飛躍一號”的各項性能，將連續航行時間延長至8至10小時，并加快其產品化產業化步伐，同時開始研制以燃料電池為動力的輕型飛機。
    許震宇說，“通過設計、實驗可再生能源系統，有望將燃料電池無人機續航時間提升到2至3天，甚至更長。”
    
(責任編輯：王杰)