近日，中国科学院大连化学物理研究所质子交换膜燃料电池研究团队研制的20kW燃料电池系统为动力电源的国内第一架有人驾驶燃料电池试验机在东北某机场成功首飞，标志着我国航空用燃料电池技术取得突破性进展，成为继美、德之后第三个拥有该技术的国家。
    该研究团队2014年开始研发20kW以氢气为燃料的航空用质子交换膜燃料电池技术。经过两年多的攻关，突破了轻量化、高效水热管理、高安全可靠系统 集成等多项关键技术，研制的电源系统通过了全部地面联试和环境适应性、高速滑跑测试等考核。此次飞行中，燃料电池系统输出性能、安全性、可靠性和环境适应 性等全部达到了技术要求。     此前，该团队先后研制了10kW级Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型航空用质子交换膜燃料电池电源系统，填补了我国该技术领域的空白。其中，Ⅰ型系统2009年11月应用于我国首艘燃料电池动力飞艇“致远一号”，Ⅱ 型系统2012年7月应用于我国首架燃料电池无人机“雷鸟号”，Ⅲ 型系统2014年9月作为某飞艇的尾推动力通过了高海拔环境适应性测试。本次有人驾驶飞行进一步验证了所研制的燃料电池电源系统不仅安全可靠性高，而且在-20℃ 低温环境下表现出优良的存放、启动和运行性能。
    燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，是新能源技术的重要发展方向，可广泛用于动力电源、分布式电站、移动电源等。以燃料电池为动力电源的航空器因低噪声、零污染和长时间续航等显著优势，成为近年来国际上新能源飞行器的研发热点。
    据中新网2012年12月26日报道，同济大学对外宣布，由该校航空航天与力学学院、上海奥科赛飞机公司历时一年多时间共同研制的中国第一架纯燃料电池无人机“飞跃一号”，已在上海奉贤海边首次试飞成功。
    该无人机可升至2千米以内高空，时速为30公里，可连续飞行2小时，非常适合用于环境监测、战场侦察等领域。
    “为积极应对能源与环境挑战，开发生物质能、氢能等新能源的飞行器，已成为航空技术的未来发展方向之一；特别是以氢气为原料、真正实现零排放的燃料电池电动飞机，更是航空工业发展的一个重要发展趋势。”项目负责人、同济大学航空航天与力学学院许震宇副教授介绍说，“世界上多个航空强国已经试飞成功了多架新能源无人机和轻型飞机，台湾成功大学和辽宁通用航空研究院分别已于2010年和今年7月研制成功了使用‘燃料电池及锂电池’混合动力的无人飞机。”
    同济大学航空航天与力学学院自2008年起开始着手燃料电池飞行器的研制工作，建设了基本的测试、实验系统，并组织学院师生共同参与研发燃料电池无人机。首先确定了“仅使用燃料电池作为动力”的设计方案，以便将锂电池的重量节省出来，用于装载氢气或有效载荷，从而增加其航程，或使无人机拥有更多的使用功能。
    无人机的起飞重量如何能与燃料电池功率有效匹配？如何能安全储藏、携带更多氢气？面对新能源飞行器这一新生事物，研发团队刻苦攻关，经过大量的理论推导和仿真计算，将研发中遇到的诸多科技难题逐一攻克。
    2011年，航力学院牵手上海奥科赛飞机公司，共建“同济大学奥科赛新能源飞行器研究室”，共同开展新能源飞行器的设计制造、仿真计算、地面推力试验等研发工作，加快推进燃料电池无人机项目的研发进程。在无人机项目实施过程中，同济大学主要负责项目总体方案、系统设计和分析、空气动力和结构计算、材料和结构实验等方面工作，奥科赛公司主要负责无人机外形设计、制造和试飞等工作。
    2012年，该项目还获上海市青浦区和同济大学联合资助，先后有同济大学十余名研究生、本科生参与“飞跃一号”的研制。在上周一个刮着四五级风的下午，“飞跃一号”首次试飞成功。
    据介绍，“飞跃一号”翼展5米，起飞重量20公斤，有效载荷1公斤，巡航速度为30公里每小时，飞行高度小于2千米，续航时间2小时。它使用一个1千瓦的质子交换膜燃料电池作为动力。
    许震宇表示，燃料电池无人机不仅绿色环保，而且工作温度低、噪音小、易于维护，非常适合用于环境监测、战场侦察等领域；其相关技术还可以用于指导燃料电池轻型飞机等新能源飞行器型号，以及大型民机燃料电池辅助动力系统的设计。
    据介绍，在试飞成功基础上，校企联合研发团队未来将进一步优化并稳定“飞跃一号”的各项性能，将连续航行时间延长至8至10小时，并加快其产品化产业化步伐，同时开始研制以燃料电池为动力的轻型飞机。
    许震宇说，“通过设计、实验可再生能源系统，有望将燃料电池无人机续航时间提升到2至3天，甚至更长。”
    
(责任编辑：王杰)