2024年4月24日

由北航能源與動力工程學(xué)院研制的

“北航氫動一號”全電航空發(fā)動機(jī)

在天津市靜海區(qū)完成首飛！

該發(fā)動機(jī)能源來源于氫燃料電池

全部采用電能帶動螺旋槳產(chǎn)生推力

此次飛行的無人機(jī)

在采用“北航氫動一號”后

其最大續(xù)航時(shí)間比同質(zhì)量鋰電池

提升一倍

隨著低空經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的提出，以電推進(jìn)為技術(shù)特點(diǎn)、面向1000米以下的無人機(jī)動力備受關(guān)注。相比于傳統(tǒng)活塞發(fā)動機(jī)和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，電推進(jìn)動力系統(tǒng)具有能量轉(zhuǎn)換效率高、熱輻射低和零排放等技術(shù)優(yōu)勢，是中小型無人機(jī)動力系統(tǒng)的理想選擇。

目前，中小型無人機(jī)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(zhì)量氫燃料電池（含氣源）具有更高的能量密度，是提升無人機(jī)續(xù)航時(shí)間的可行技術(shù)路徑，也是我國大力發(fā)展“氫能戰(zhàn)略”的關(guān)鍵技術(shù)路徑之一。

試飛無人機(jī)為翼展3.5m的復(fù)合翼無人機(jī)，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(fā)動機(jī)提供推力。在試飛過程中， “北航氫動一號”全電航空發(fā)動機(jī)全程工作平穩(wěn)，無人機(jī)成功完成起飛、巡航、機(jī)動、降落等設(shè)定科目，巡航階段燃料電池輸出功率穩(wěn)定維持在1600W以上，在提供平飛功率的同時(shí)為鋰電池充電，首次飛行試驗(yàn)圓滿成功，巡航飛行時(shí)長18分鐘。

“北航氫動一號”全電航空發(fā)動機(jī)及試飛無人機(jī)

無人機(jī)起飛

根據(jù)無人機(jī)的飛行環(huán)境，“北航氫動一號”全電航空發(fā)動機(jī)將推進(jìn)器、電機(jī)、燃料電池等進(jìn)行高度融合設(shè)計(jì)，采用推進(jìn)/冷卻氣流一體化的設(shè)計(jì)思想，直接從推進(jìn)氣流中引流，用于燃料電池的反應(yīng)與冷卻，舍棄了傳統(tǒng)燃料電池進(jìn)氣和冷卻所需的軸流風(fēng)扇，進(jìn)而提升了發(fā)動機(jī)的推重比。目前國內(nèi)外尚未看到采用此類融合設(shè)計(jì)的氫能航空發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)飛行的報(bào)道，“北航氫動一號”的成功首飛驗(yàn)證了推進(jìn)器/電機(jī)/燃料電池融合設(shè)計(jì)構(gòu)型的技術(shù)可行性。

圍繞國家雙碳戰(zhàn)略和航空發(fā)動機(jī)智能化、電動化發(fā)展趨勢，北航能源與動力工程學(xué)院自2019年便開始布局規(guī)劃新的學(xué)科和專業(yè)方向。2019年，學(xué)院在飛行器動力工程專業(yè)分設(shè)“智能電推進(jìn)”方向；2022年，學(xué)院獲批“空天智能電推進(jìn)技術(shù)”教育部新增本科專業(yè)，同年11月，學(xué)院成立“氫能電推進(jìn)航空發(fā)動機(jī)”型號研制團(tuán)隊(duì)；2023年，學(xué)院將“航空電推進(jìn)與智能控制”列入未來重點(diǎn)發(fā)展的特色學(xué)科方向，同年，學(xué)院正式成立電推進(jìn)系。本次首飛成功的“北航氫動一號”是“氫能電推進(jìn)航空發(fā)動機(jī)”型號研制團(tuán)隊(duì)第一階段研究成果，電推進(jìn)本科專業(yè)首屆畢業(yè)生（推免研究生）作為核心成員參與了研發(fā)工作。

北航能源與動力工程學(xué)院氫能電推進(jìn)航空發(fā)動機(jī)型號團(tuán)隊(duì)

“北航氫動一號”試飛團(tuán)隊(duì)

北航能源與動力工程學(xué)院未來將以“北航氫動一號”為技術(shù)驗(yàn)證平臺，針對下一代氫能混合動力航空發(fā)動機(jī)開展原理構(gòu)型探索等基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在課題組自由探索研究的基礎(chǔ)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(lǐng)域的應(yīng)用。

“北航氫動一號”性能參數(shù)

額定功率1.50 kW

最大功率1.69 kW

整機(jī)質(zhì)量3.61 kg

螺旋槳24 inch

整機(jī)尺寸（不含螺旋槳）360mm*135mm*200mm

額定推力（地面條件）7.82 kgf

推重比（地面條件）2.17

（原題為《北航氫動一號！首飛！》）