氫燃料電池為電動(dòng)垂直升降飛行器提供動(dòng)力

王楠/唐山駿楠貿(mào)易有限公司，河北省 唐山市 063000

氫燃料電池能夠節(jié)約能源、實(shí)現(xiàn)零排放，并且簡(jiǎn)化飛機(jī)設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)制造和運(yùn)營(yíng)低成本。氫燃料電池將成為未來(lái)電動(dòng)垂直升降飛行器的主要?jiǎng)恿Ψ绞街弧?/p>

一家美國(guó)初創(chuàng)公司正準(zhǔn)備推出一種全尺寸、五座電動(dòng)垂直升降飛行器，該飛機(jī)的動(dòng)力不是由普通電池或混合動(dòng)力推進(jìn)提供，而是氫燃料電池。開(kāi)發(fā)人員表示，開(kāi)發(fā)完畢后的飛行器可以飛行3h，航程可達(dá)300km，不僅僅用于市內(nèi)短途空中出租車，還可以在不同城市間飛行。

總部在馬薩諸塞州的Alaka 'i技術(shù)公司總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人布萊恩·莫里森表示，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局對(duì)Skai的認(rèn)證已經(jīng)進(jìn)行了10個(gè)月。該公司成立于2015年，目標(biāo)是在2020年獲得美國(guó)聯(lián)邦航空管理局第21項(xiàng)17b條款的認(rèn)證，投入生產(chǎn)的資金是由一個(gè)獨(dú)立投資者提供的。”

Skai是一架多旋翼直升機(jī)，它設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且生產(chǎn)成本低，機(jī)艙上方的手臂上安裝六個(gè)馬達(dá)和推進(jìn)器?！皼](méi)有螺旋槳，沒(méi)有機(jī)翼，沒(méi)有可移動(dòng)的表面，” 布萊恩·莫里森解釋說(shuō)，“我們?cè)O(shè)計(jì)它是為了實(shí)現(xiàn)飛行汽車規(guī)模的生產(chǎn)?！?/p>

這架4000lb重的飛行器有三個(gè)燃料電池，使用儲(chǔ)存在雙壁罐內(nèi)的100 psi液態(tài)氫，總共可產(chǎn)生450hp的動(dòng)力?！熬S持飛行只需要兩個(gè)燃料電池，” 布萊恩·莫里森說(shuō)。6個(gè)電機(jī)和控制器中的5個(gè)可供Skai飛行，剩下的一個(gè)用于三重自動(dòng)駕駛。

圖1 美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局(DARPA)文件中TBG 項(xiàng)目滑翔彈頭的想象圖(圖片來(lái)源：DARPA)

圖2 全尺寸原型機(jī)有三個(gè)液氫燃料電池，為六個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳提供動(dòng)力。(圖片來(lái)源：Alaka’i Technologies)

Alaka 'i使用新一代燃料電池，比其他汽車部件更輕，功率輸出更大。布萊恩·莫里森說(shuō)，不需要電池來(lái)處理瞬態(tài)載荷，燃料電池為飛行控制提供峰值動(dòng)力，也為推力提供持續(xù)動(dòng)力。

有兩種氫罐容量可供選擇:200L和400L。大容量的氫罐只有36lb重，飛行器可攜帶1000lb有效載荷長(zhǎng)達(dá)4h。布萊恩·莫里森說(shuō)“這是鋰離子電池的一個(gè)重大進(jìn)步。”并補(bǔ)充到，最初Alaka 'i會(huì)提供地面機(jī)動(dòng)加油能力，但現(xiàn)在正與氫生產(chǎn)商合作，來(lái)建立一個(gè)加油基礎(chǔ)設(shè)施。

與寶馬Designworks設(shè)計(jì)公司合作設(shè)計(jì)，Skai可搭載一名飛行員和四名乘客。布萊恩·莫里森說(shuō):“如果設(shè)計(jì)得當(dāng)該飛行器可以擁有完全自主能力?！盇laka 'i公司正在開(kāi)發(fā)自己的自動(dòng)駕駛儀和光傳操控技術(shù)，來(lái)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器相連接。

“這家初創(chuàng)公司在研究并淘汰了數(shù)千塊鋰離子電池后，選擇了燃料電池?！辈既R恩·莫里森說(shuō)并舉例，氫的能量密度為147MJ/kg，而電池的能量密度為0.6MJ/kg。“我們生產(chǎn)的是一種零污染的清潔飛行器?！睔淙剂想姵刂会尫潘魵狻?/p>

與大多數(shù)電動(dòng)垂直升降開(kāi)發(fā)者相比，Alaka 'i公司致力于開(kāi)發(fā)一種不同的操作模式。首席執(zhí)行官史蒂夫·漢維創(chuàng)建了空中出租車運(yùn)營(yíng)商SATSair，該公司是由美國(guó)宇航局的小型飛機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)(SATS)項(xiàng)目發(fā)展而來(lái)的。Alaka 'i董事會(huì)成員布魯斯·霍爾姆斯在SATS項(xiàng)目中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并為DayJet公司工作，該公司使用Eclipse超輕型飛機(jī)提供按需運(yùn)輸。

Skai的目標(biāo)不是15～30min的城市航班，而是更長(zhǎng)的城際旅行，由SATSair公司Cirrus SR22飛機(jī)提供。Alakai 'i不僅計(jì)劃制造飛機(jī)，還計(jì)劃建立和運(yùn)營(yíng)空中出租車業(yè)務(wù)?！拔覀円呀?jīng)有了一個(gè)類似于Lyft和Uber的應(yīng)用”，史蒂夫·漢維說(shuō)。“我們已經(jīng)做了很多調(diào)查工作?！?/p>

2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)期間，SATSair和DayJet公司相繼關(guān)閉，布魯斯·霍爾姆斯說(shuō)，但是如今不同了，乘客和飛機(jī)之間的連接成為了可能。Alaka 'i公司還致力于飛機(jī)運(yùn)營(yíng)成本的模式轉(zhuǎn)型。史蒂夫·漢維表示:“Skai的成本將是空客AS350直升機(jī)客運(yùn)里程成本的八分之一?！?/p>

“我們的飛機(jī)很簡(jiǎn)單，制造成本非常低，只需要購(gòu)買少量的燃料，并且不需要維護(hù)成本，”史蒂夫·漢維補(bǔ)充說(shuō)，“90%以上的燃料電池在使用壽命結(jié)束時(shí)可以回收利用?！?/p>

隨著原型機(jī)首次飛行的臨近，Alaka 'i公司計(jì)劃在5～6個(gè)月內(nèi)試飛第一架得到認(rèn)證的飛機(jī)。布萊恩·莫里森說(shuō):“我們有這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的架構(gòu)，期望在沒(méi)有意外需求的條件下，飛機(jī)將在明年進(jìn)行認(rèn)證。”