“北航氢动一号”首飞成功！国内首个直吹冷却氢能发动机亮相；2024氢动力无人机“驭风远航”

文章来源：北京航空航天大学、全球氢能

4月24日，由北航能源与动力工程学院研制的“北航氢动一号”全电航空发动机在天津市静海区完成首飞。

图源北京航空航天大学

目前，中小型无人机很多选用锂电池作为储能装置，其不足之处是锂电池能量密度较低（约200-300Wh/kg）；相比于锂电池，同质量氢燃料电池（含气源）具有更高的能量密度，是提升无人机续航时间的可行技术路径，也是我国大力发展“氢能战略”的关键技术路径之一。

据介绍，“北航氢动一号”全电航空发动机额定功率1.5kW，最大功率可达1.69kW，该发动机能源来源于氢燃料电池，全部采用电能带动螺旋桨产生推力，此次飞行的无人机在采用“北航氢动一号”后，其最大续航时间比同质量锂电池提升一倍。

具体来看，试飞无人机为翼展3.5m的复合翼无人机，垂起降落阶段使用锂电池为旋翼供能，平飞巡航阶段采用全电发动机提供推力。据介绍，该全电航空发动机将推进器、电机、燃料电池等进行高度融合设计，采用推进/冷却气流一体化的设计思想，直接从推进气流中引流，用于燃料电池的反应与冷却，舍弃了传统燃料电池进气和冷却所需的轴流风扇，进而提升了发动机的推重比。

在试飞过程中，“北航氢动一号”全电航空发动机全程工作平稳，无人机成功完成起飞、巡航、机动、降落等设定科目，巡航阶段燃料电池输出功率稳定维持在1600W以上，在提供平飞功率的同时为锂电池充电，首次飞行试验圆满成功，巡航飞行时长18分钟。

值得注意的是，“北航氢动一号”全电航空发动机最大的技术创新点，就是利用融合式设计，将推进器产生的气流，直接用于燃料电池的进气反应和冷却。团队技术负责人刘志伟表示，这种直吹冷却的设计，实现了“借力”的效果。“一般燃料电池都会单独配备风扇，我们将燃料电池和推进器设计在一起，燃料电池使用推进器产生的气流就可以进行进气反应和冷却。这样舍弃了传统的冷却风扇，降低了动力系统的重量，使飞行器可以携带更多氢燃料，从而提升续航时间。”

图源北京航空航天大学

随着低空经济战略性新兴产业的提出，以电推进为技术特点、面向1000米以下的无人机动力备受关注。相比于传统活塞发动机和燃气涡轮发动机，电推进动力系统具有能量转换效率高、热辐射低和零排放等技术优势，是中小型无人机动力系统的理想选择。

目前，国内外尚未看到采用此类融合设计的氢能航空发动机实现飞行的报道，“北航氢动一号”的成功首飞验证了推进器、电机、燃料电池融合设计构型的技术可行性。

2024年氢动力无人机：“驭风远航”

国内氢能产业发展正处在降本增效、技术创新以及协同推进的初期探索阶段。当下，越来越多的企业开始开拓产品的多元化应用，为氢能找到其他同样科学有价值的应用。在这一波探索多元化应用浪潮中，不少企业已选择燃料电池轻量化应用市场。

氢燃料电池轻量化的应用前景广阔。目前，氢燃料电池已经广泛应用于两轮车、汽车、无人机、移动电源等领域。

在无人机领域，轻量化可以提高无人机的飞行时间和载荷能力。由于无人机的应用范围越来越广泛，轻量化技术的应用将会进一步推动无人机的发展。氢动力无人机的优势在于电池的续航时间更长，因此适用执行基础设施检查和送货等超视距、长距离任务。

氢动力无人机发展由来已久。2003年，美国航空环境公司开发了小型氢燃料电池“大黄蜂”无人机，开启了氢能无人机时代。

与国外相比，虽然国内对氢能无人机研制起步较晚，但发展迅速——

2012年，同济大学与相关企业共同研制的中国首架氢动力无人机“飞跃一号”试飞成功；2016年，国内的氢动力无人机已在警用领域进行示范应用并获得认可；2020年，我国发布《无人机用氢燃料电池发电系统》，这是全球首个国家级无人机用氢燃料电池标准。

2022年，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年》)，文件明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，提出要稳步推进氢能多元化示范应用，积极探索燃料电池在船舶、航空器等领域的应用，推动大型氢能航空器研发，不断提升交通领域氢能应用市场规模。

随着低空经济时代的来临，无人机物流发展如火如荼，燃料电池无人机凭借长续航、零排放等优势将在未来的无人机市场，尤其是工业级无人机市场占据一定市场地位。根据相关机构预测，2030年氢动力无人机保有量有望达到3万架。

当前，已有以新研氢能、氢航科技、氢蓝时代、众宇动力、攀业氢能、暗流科技、新创氢翼、溯驭技术、协氢新能源等为代表的多家燃料电池企业提供无人机用燃料电池产品，极大地扩展了无人机的应用领域和使用范围。

近年来，氢动力无人机在多个领域的示范应用遍地开花，在奔向规模化、商业化的道路悄然开辟出一片天空。浙江氢航科技有限公司创始人兼CEO刘海力曾在采访中表示，飞机作为一个飞行平台，其价值取决于航时和载重，而氢燃料电池的能量密度是锂电池的三倍，能够为载人载货eVTOL等航空器提供更长的续航时间。

2024年，氢能无人机的应用发展在规模化、商业化的道路上进展迅速。

1月初，哈工大重庆研究院下属翌翔氢动力无人机团队完成青鸥30B氢动力复合翼无人机单次持续飞行测试，该无人机具有续航时间久、环保无污染、发热噪音小等特点，带载续航时间超过了国内有报道的电动复合翼无人机，打破了国内氢动力无人机长续航记录，续航水平与美国洛克希德·马丁公司Stalker XE燃料电池无人机相当，其续航时间可达9小时。

1月下旬，全球首个零下40℃环境下氢动力无人机的测试圆满成功，氢航科技与国网黑龙江电科院在漠河国网低温实验基地向风冷燃料电池无人机的低温适应性世界新高峰：零下40℃，发起了挑战。此前一个月，氢航无人机已经在哈尔滨零下22℃的环境里进行特高压和配网巡检作业。这次测试是对氢电低温适应性的又一次拔高。

1月31日，由大连化物所能源催化转化全国重点实验室陈忠伟院士团队研发的高比能氢混动力电源适配的工业级无人机试飞成功，氢混动力电源比能量达600Wh/kg，无人机在-7℃，风力5级室外环境下试飞，燃料电池稳定输出2030W。该动力电源可应用于环境温度范围-20℃~40℃，可以满足无人机各种动作变化，系统稳定性高，效率高，可靠性高，寿命长。[相关阅读：陈忠伟院士团队自主研发！高比能氢混工业级无人机试飞成功]

4月，氢水稻种植试验项目在佛山丹灶落地，现场可见，无人机自带加氢水箱，当洁净水加入一定比例的氢水后，再盖上水箱盖，启动无人机飞至稻田一定高度，再分片为水稻田加氢。[相关阅读：无人机加氢！氢水稻种植试验项目落地]

4月，在2024中关村论坛上展出的旗舰氢动力长航时无人机XC04，融合了北航先进飞行器设计技术和西安交大院士团队的氢动力热管理技术。作为全球首款量产式折叠机臂氢动力无人机，空机重量不到10公斤，折叠后轻松放入小车后备箱，10秒快速展开，续航达到3小时，可以在零下40℃环境长航时作业，技术和性能达到国际领先水平，是超视距高效自动巡检/测绘作业的利器，已经在对接批量应用中。

4月24日，由北航能源与动力工程学院研制的“北航氢动一号”全电航空发动机在天津市静海区完成首飞，该发动机能源来源于氢燃料电池全部采用电能带动螺旋桨产生推力，此次飞行的无人机在采用“北航氢动一号”后，其最大续航时间比同质量锂电池提升一倍。

在政策的大力支持下，国内氢能产业发展势如破竹，无人机作为氢燃料电池的应用场景之一，产业化进程正在不断加速。好风凭借力，氢动力无人机借着氢能发展这阵风驭风远航，凭借自身的显著优势，未来将在无人机市场拥有广阔的发展前景。 

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