最大載重六千克、最大續(xù)航四小時、極寒環(huán)境正常飛行——全球首款百公里級氫動力多旋翼無人機進入量產(chǎn)階段

洪恒飛 吳啟帆 科技日報記者 江耘

連續(xù)飛行90分鐘后，一架軸距1.6米、起飛重量近25千克的無人機在北京航空航天大學(xué)杭州國際校園科研樓前的草坪上平穩(wěn)降落。這是8月26日下午，“天目山一號”氫動力長航程多旋翼無人機（以下簡稱“天目山一號”）的測試場景。

天目山實驗室“高性能機載氫動力系統(tǒng)研制及應(yīng)用”項目首席科學(xué)家、“天目山一號”總設(shè)計師徐偉強介紹，這是全球首款百公里級氫動力多旋翼無人機，目前已進入小批量生產(chǎn)階段，具有超長續(xù)航、超低溫環(huán)境適應(yīng)性和零碳環(huán)保特性。

采用鋰電池供電的工業(yè)無人機，常溫下飛行時間普遍不到1小時，飛行半徑僅為幾公里，低溫環(huán)境下續(xù)航還要“打折扣”。

相較于鋰電池，氫燃料電池具有清潔、寬溫域、能量密度高等優(yōu)勢。用氫燃料電池供電，被業(yè)內(nèi)視為解決工業(yè)無人機行業(yè)痛點的有效方案。

天目山實驗室是浙江省人民政府批準(zhǔn)設(shè)立的航空浙江省實驗室，是支撐浙江省高水平建設(shè)民航強省、打造低空經(jīng)濟發(fā)展高地的創(chuàng)新策源地。自2022年立項研制“天目山一號”以來，徐偉強就帶領(lǐng)團隊開展高能量密度、高功率密度、高低溫適應(yīng)性的機載氫動力系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)。

徐偉強介紹，“天目山一號”采用一體化成型輕質(zhì)碳纖維機身，空機重量19千克，最大掛載重量6千克，最大續(xù)航4小時。它的長續(xù)航動力，來自團隊完全自研的氫動力系統(tǒng)。

“在材料配比工藝、輕量化設(shè)計等方面，團隊圍繞氫動力系統(tǒng)研發(fā)做了大量工作。”徐偉強表示，氫動力系統(tǒng)由氫燃料電池及儲氫裝置組成，其中采用的風(fēng)冷燃料電池堆，能量密度最大可超過1000 Wh/kg，約為鋰電池的5到6倍，極大地提高了無人機的續(xù)航能力。

此前，“天目山一號”已經(jīng)歷數(shù)次測試，比如今年1月在內(nèi)蒙古根河零下40攝氏度的環(huán)境下連續(xù)飛行超100分鐘，8月在西藏林芝海拔4500米以上的高原完成低氧環(huán)境下的連續(xù)飛行測試。

值得一提的是，“天目山一號”也是全球首款集成降落傘設(shè)計的量產(chǎn)型氫動力無人機，當(dāng)飛行過程中出現(xiàn)意外，會自動彈出降落傘，提升無人機的安全性和可靠性。

今年3月，“天目山一號”在陜北某地開展天然氣管線泄漏巡檢的示范作業(yè)。其間，“天目山一號”攜帶多載荷，在地勢起伏的黃土高原仿地飛行超兩小時，連續(xù)巡檢50公里，在個別點位測出隱患。

“巡檢時，無人機不能飛太高，也不能飛太快，需要仿地飛行。這種飛行模式對電池續(xù)航要求很高。”徐偉強說，按照傳統(tǒng)的巡檢方式，工人們需要驅(qū)車到山下，登山后分組分段巡檢，成本高且效率低。如今這項工作，只需操作一臺無人機即可完成。

針對工業(yè)無人機長距離、大面積的作業(yè)需求，無人機機巢應(yīng)需而生。然而，單臺機巢覆蓋半徑通常為幾公里，需要提升建設(shè)密度來擴大作業(yè)范圍。

“天目山一號”具備一鍵自主起降、100公里超視距連續(xù)作業(yè)的技術(shù)能力，改變了傳統(tǒng)工業(yè)無人機的應(yīng)用模式，已在油氣勘探、電力巡檢、應(yīng)急救援、森林防護、水利監(jiān)測等多場景獲得示范應(yīng)用，尤其在連續(xù)長距離作業(yè)和北方高寒工況下，具有廣闊的市場推廣應(yīng)用前景。

基于該成果，項目團隊已注冊公司，正與央企國企開展深度對接，將在浙江進一步推動該成果的產(chǎn)業(yè)化，已有產(chǎn)線可實現(xiàn)年產(chǎn)300臺“天目山一號”。