какие двигатели не используются на бпла

Удар с небес: как выглядят самые мощные беспилотники в мире

Что сегодня могут армейские БПЛА

Одними их первых использовать беспилотники для самоподрыва придумал Израиль. Их Harop (барражирующие снаряды) применял Азербайджан в Нагорном Карабахе осенью 2020 года.

Беспилотники или истребители?

В кабине БПЛА никого нет, оператор управляет машиной из наземного центра, находясь в десятках, сотнях и даже тысячах километров от самого беспилотника. В этом основное преимущество БПЛА перед самолетом с летчиком.

Основные преимущества беспилотников

Однако некоторые военные эксперты уверены, что час беспилотников еще не пробил и БПЛА эффективны лишь против стран, у которых практически отсутствует ВВС и ПВО, либо существующие системы обнаружения давно устарели.

Основные недостатки беспилотников

Характеристики многих БПЛА — военная тайна

Достоверно известно только о тех БПЛА, испытания которых проводились официально. Информация о других засекречена. Как на самом деле показывают себя в воздухе секретные машины, пока никто, кроме самих разработчиков, не знает.

К примеру, Китай не ведет сейчас никаких вялотекущих или гибридных войн и не демонстрирует свои возможности в этой сфере, однако в будущем он способен серьезно изменить характер боевых действий. Пока же об истинных успехах большинства китайских БПЛА можно судить только по данным разведки или на примере тех немногих моделей, которые поставляются на экспорт. По опубликованным параметрам, китайские дроны — идеальные машины. Правда, как и многое в Китае, они созданы «по мотивам» западных разработок.

В частности, на экспорт поставляются дешевые аналоги американских MQ-1 Predator MQ-9 Reaper — разведывательно-ударные CH-4. При цене вдвое ниже американских прототипов покупателями CH-4A/B стали Алжир, Иордания, Ирак, Пакистан, Туркменистан, Мьянма, ОАЭ и Саудовская Аравия.

Сильнейшие боевые беспилотники планеты

США лидируют в сфере производства боевых дронов. По прогнозам, в 2028 году американская армия будет иметь больше беспилотных летательных аппаратов-разведчиков, чем весь остальной мир вместе взятый. Армии других стран таким количеством дронов «в погонах» похвастаться не могут, зато на боевое дежурство способны выставить самые мощные боевые дроны на планете.

GAAS Avenger

Это беспилотник для авианосцев, модификация Predator, снятого с вооружения ВВС США в 2020. Крылья складываются, чтобы аппарат занимал меньше места и поместился на корабле.

Heron TP

Израильский Heron, вероятно, один из самых продаваемых военных беспилотников в мире. Heron TP — средневысотный многоцелевой беспилотник большой продолжительности полета. Размах крыльев — 26 м. Потолок — 13,7 км. Длительность полета — 36 ч. Может нести на себе средства управления огнем и ударные комплексы. Heron TP видит в оптическом и инфракрасном диапазонах. Крейсерская скорость 296 км/ч, способен разогнаться до 460 км/ч.

MQ-9 Reaper

И снова американец. Один из самых мощных и известных в мире БПЛА. Это основной разведывательно-ударный беспилотный летательный аппарат армии США. Он может взлетать на высоту 14 км и находиться в воздухе до 30 часов. Крейсерская скорость — 280-310 км/ч, максимальная — до 480 км/ч. Беспилотник способен поднять в небо груз весом до 4,7 т. Оптоволоконная система AN/AAS-52 распознает и отследит цель, телекамеры прочитают номерной знак, даже находясь в 3 км от автомобиля. Время реакции на полученную от оператора команду — 1,5 с.

Вооружен Reaper противотанковой ракетой AGM-114 Hellfire, а также управляемыми бомбами GBU-12 и GBU-38. Может нести до 14 ракет Hellfire класса «воздух-земля».

Reaper ликвидировал, в частности, третьего человека в руководстве «Аль-Каиды» Мустафу Абу Язида, известного как шейх аль-Масри, Мохаммеда Эмвази (он же «Джихадист Джон»), генерала Касема Сулеймани, заместителя командующего мобилизационными силами Ирана.

Bayraktar TB2

Турецкий аппарат относится к классу тактических средневысотных БЛА с большой продолжительностью полета. Его программное обеспечение несколько превосходит подобный компонент у некоторых конкурентов, в том числе и у израильского дрона Heron.

Крейсерская скорость — 130 км/ч, максимальная — 250 км/ч. Практический потолок — 7,3 км. Длина — 6,5 м, размах крыла — 12 м. Беспилотник весит 630 кг, способен поднять до 55 кг боеприпасов. Максимальное время нахождения в воздухе — сутки.

Может нести на себе две противотанковые управляемые ракеты и корректируемые бомбы MAM-C (8 кг) и MAM-L (23 кг) с наведением по лазерному лучу, опасные для автомашин и легкой бронетехники.

СH-5 (Rainbow-5)

Новый средневысотный разведывательно-ударный беспилотник из Китая. Rainbow-5 может нести до 16 ракет класса «воздух-земля» или других высокоточных боеприпасов общей массой до 900 кг. Размах крыльев — 21 м, максимальная скорость — 400 км/ч. Без дозаправки будет держаться в воздухе 60 часов.

Taranis

Британский разведчик-штурмовик пятого поколения назван в честь кельтского бога грома. До недавнего времени детали его разработки держались в тайне. Доподлинно известны лишь масса — 3 т, длина — 11 м, размах крыльев — 10 м и то, что беспилотник оснащается технологией «Стелс», которая делает аппарат практически невидимым для ПВО противника. Максимальная скорость — сверхзвуковая, рассчитан на выполнение межконтинентальных полетов.

Yabhon United 40

Средневысотный разведывательно-ударный БПЛА разработанный в ОАЭ, может находиться в воздухе до пяти суток (120 часов). Способен нести 1 030 кг боеприпасов. Потолок — 7 км.

С-70 «Охотник»

Пока детальные характеристики российского «Охотника» засекречены. Однако известно, что его вес — около 22 т. Разработчики уверяют, что несколько «Охотников», укомплектованных ракетами «земля-воздух» Х-58, Х-35, Х-74М2 и корректируемыми авиабомбами КАБ-25, могут нанести страшный урон инфраструктуре противника.

Приблизительная стоимость «Охотника» — около ₽1 млрд. Однако военные эксперты полагают, что цена сократится на 40-50% после запуска БПЛА в серию. Глава ОАК (Объединенной авиастроительной корпорации) Юрий Слюсарь заявил, что в армию серийные БПЛА начнут поступать с 2024 года.

Что еще может предложить Россия?

По последним данным, с 2012 года в российскую армию на вооружение принято 900 беспилотников. В основном это разведчики, корректировщики огня, перехватчики различных сигналов противника. В 2021 году российские военные получат сразу семь первых отечественных беспилотных авиационных комплексов «Орион» (он же «Иноходец») разведывательно-ударного назначения.

«Орион» — средневысотный беспилотник большой продолжительности полета. Размах крыльев — 16 м, длина — 8 м, взлетная масса — 1 т. Крейсерская скорость заявлена на уровне 120 км/ч, максимальная же скорость неизвестна. Аппарат способен работать на высотах до 7,5 км. Максимальное время полета — 24 часа.

Беспилотник может нести управляемые ракеты и авиабомбы нескольких типов. Специально для него изготовлены боеприпасы малых калибров, чтобы «Орион» мог поднять груз в воздух.

В апреле 2021 года на авиабазе ВВС США впервые провели запуск беспилотника Kratos UTAP-22 с помощью искусственного интеллекта. Система Skyborg подняла аппарат, управляла им и посадила. До сих пор, когда речь шла о боевых дронах, имелось в виду противостояние людей. Весной 2021 года, возможно, началась другая история — о противостоянии машин.

Источник

Новое в блогах

Имел сегодня дискуссию с ура-патриотом по БПЛА. Это нынче не только модная тема на фоне успехов турецко-азербайджанских ударных БПЛА, но и крайне бюджетоемкая. Необходимость БПЛА государство понимает, денег дает, но вот освоение и результат оставляют желать…..

В общем, мой визави много рассказывал, что сейчас УЗГА их много-много наклепает, и мы не только Сирию, но и кого хочешь в любой момент забомбим так, что турки будут икать от зависти.

Тем действительно есть, чему завидовать. Турки не стесняются заимствовать и импортировать компоненты, покупая необходимую начинку у американцев, канадцев, израильтян и т.д. Например, поршневые двигатели они покупают у Bombardier и Pratt&Whitney, а для турбовинтового тяжелого БПЛА создают СП с украинским Мотор-Сич.

Но мы ж не басурмане какие, у нас есть свой девиз : «100% импортозамещение». Поэтому мы не только не вспоминаем, что производимые УЗГА «Форпосты» это израильский Searcher, но и остальное пытаемся стырить, наклеить сверху свой шильдик и выдать за отечественное. Увы, просранные полимеры пока не позволяют локализовать даже относительно простые поршневые двигатели. А без двигателей массовое производство готовых изделий не развернешь. Зато бабло освоить на гос.программах можно, и не один раз.

«Российский» авиационный поршневой двигатель с предательскими надписями Rotax. Для БПЛА Орион.

Перешли на вариант 2: двигатель без наддува, с электроуправлемой дроссельной заслонкой, американским электронным блоком управления, но управляемый через российский промежуточный блок (вертолетный с доработкой). Функция управления винтом отсутствовала, винт зафиксирован на постоянном шаге. Поставили на стенд – вроде заработало. Пришли военные, сказали: «Херня, не годится. Переделывайте. Ваш имперский Ротакс работает от 12В, а у нас во всей авиации православные 27В».

Переделали. Перестало работать. Проклятые австрияки все свои датчики, исполнительные механизмы, катушки зажигания, электропроводку, разьемы и пр подло спроектировали на 12В. Ну не суки ли?

Купили, установили, настроили – только хотели испытывать: опять низзя! Приходят из контролирующий ведомств, спрашивают: «где результат?». Им говорят: «ну вот же, уже стенд купили, щас поставим, будем гонять, вот-вот получится». А им в ответ: «нет, стенд – это очень интересно, но это по другой отчетной графе. Вы деньги по ФЗ 44 получили, должны были к 2015 году отчитаться. А на 2018 еще не готово. Поэтому останавливаем процесс, возвращаем деньги, заказ передаем другому исполнителю и назначаем крайнего посидеть». Как останавливаем?! Как передаем? – и все сначала? А гособоронзаказ?А результат? А вооружение для Родины?

Нифига, гособорон отдельно, а статья УК отдельно. Деньги потрачены, срок прошел – кто будет отвечать? Так процесс и тянется с тех пор ни шатко, ни валко. До серийных надежных двигателей для БПЛА по прежнему, как до луны.

Ладно, идея стырить у Ротакса оказалась так себе. Ничего, мы умнее будем. Создадим для следующей программы под ударный БПЛА Корсар совместное предприятие с самими итальянцами! У Вас перед глазами уже стоят образы Феррари, Ламборгини, Дукати, Бимота? Наверное, так наверх и доложили: «Щас у нас супердвигатель будет, все ок, ун моменто, синьорас!» Обратились на Zanzottera. Хорошая фирма, на их таком же 498 двигателе предыдущего поколения летают и израильские ударные БПЛА,и американский Викинг 400.

— Вuongiorno, seniors e senoritas! Вы желаете лицензию купить, или предпочитаете роялти с выпуска обсудить?

— Ах, так? ну тогда, если без покупки технологий,то вот вам точно такие же, но не прошедшие военную приемку движки от нашего китайского филиала. Точно такие же, но много дешевше.

-Дешевше? Офигеть, дайте пять!

Привезли, купили. Примерно как «настоящие итальянские» сапоги Карло Пазолинни. Изготовитель Fiate Aviation Co. Ltd. Т.е. почти Fiat, только с «е» на конце. С офисом по адресу 198 MingZhu Road, Gaoxin District, Hefei, Anhui, China

Стороны приходят к единому выводу, что дальше нужно переделать ВСЕ. Т.е. создать новый двигатель. Но прежде инжиниринговый центр просит рассчитаться за проделанную работу.

— Мы-то тут при чем?! У нас договор с вами, не с МО. Дайте денег!

Стороны уходят в суды, денег нет, двигателей нет, программа БПЛА стоит.

И так далее по всем программам. Результат никого не йебёт, всем важен только процесс. Это еще не вспоминая замечательную историю с БПЛА Альтаир с его дизелями RED003, двухлетним заключением ген.конструктора при полном отсутствии претензий МО ради переноса проекта на «любимый кое-кем» УЗГА, но это совсем отдельна сказка…..

А вы: «щас понастроим, щас разбомбим….»

александр северов # ответил на комментарий Flying prowler 5 марта 2021, 09:39 Ресурс больше, чем у австрийского прототипа.

Так и в этом случае.Довели австрийский прототип, это быстрее, чем с ноля.

Да и пластик у Ротакса действительно красивый.

вертолетные в росии вроде стали свои выпускать, родственные предприятия были,в частности завод им климова, а вот с судовыми так и не смогли.

турбины которые в росии «строятся» даже данные по этим турбинам на сайте производителя грамотно написать не смогли, очередной мультик и росПил
патриётам естественно это понять сложно, образования, знаний попросту не хватает

в сссрии на предыдущих версиях этих турбин корабли на боевое дежурство уходили с двумя работающими турбинами из трех, то что что то там склепали в коробку воткнули и написали что все сделали в росии это нормально, то что со строительством турбин в росии происходит просто знаю,
корабельные и для энергетики турбины в сссрии строили в Николаеве, это было копирование немецких газовых турбин 40 вых годов, до уровня немцев 40 вых в сссрии в Николаеве дошли где то к середине 80-тых, при развале сссрии украинцы не передали в ВП комитет документацию на новые уже достаточно хорошие турбины,

Источник

Беспилотные летательные аппараты на топливных элементах

Главная страница » Беспилотные летательные аппараты на топливных элементах

Интерес современной авиационной промышленности обращён к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА). И такая тенденция прослеживается не только в направлении военных целей, но и в области коммерческой гражданской авиации. Для коммерческого использования видится актуальным моментом, чтобы беспилотные летательные аппараты обеспечивали длительное время полёта и быструю дозаправку. Ожидается в ближайшие несколько лет пополнение коммерческого рынка беспилотными летательными аппаратами от 250000 рабочих аппаратов в 2017 году, до 2 500 000 экземпляров к периоду 2021 года. Такая тенденция направляет специалистов на поиски эффективных источников питания БПЛА. И как отмечается, топливные элементы (ТЭ) беспилотных летательных аппаратов рассматриваются одним из приоритетных вариантов.

Питательная среда беспилотных летательных аппаратов

Независимо от двигателей внутреннего сгорания (поршневых, турбореактивных, турбовальных), применяемых в основном для беспилотников большого и среднего размера, таких как:

электрические двигатели или гибридные бензин-электрические (например, «Eagle Hero VTOL») используются в конструкциях мини дронов, обладающих максимальной взлётной массой менее 25 кг. Электрические двигатели мини БПЛА потенциально обещают снижение стоимости, устранение тепловой сигнатуры, уменьшение звукового следа, отсутствие выхлопных газов.

Современные литий-полимерные батареи дают относительно небольшую удельную энергию, ограничивая срок нахождения аппарата в воздухе временем не более 60 минут. Следовательно, попытки комбинировать батареи и топливные элементы в гибридных питающих установках видятся вполне объяснимым желанием.

Дроны некоммерческого пользования обычно приводятся в движение электрическими двигателями, получающими питание от аккумуляторных батарей. Однако всё чаще используются микроструйные и микротурбинные моторы. Военные структуры внимательно следят за разработками микротурбинного двигателя. Но этот тип движителей не удовлетворяет требованиям малых БПЛА, учитывая время полёта.

Эффективность двигательной установки БПЛА во многом зависит от типа установки:

Соответственно, напрашивается вывод — использование только батарейных движителей. Именно поэтому более 95% современных коммерческих конструкций БПЛА действуют на энергии батарей — литий-полимерных (Li-Po) или литий-ионных (Li-Ion).

Однако источник энергии, а также тип движителя, обеспечивающего лётные характеристики, находятся в прямой зависимости от всей системы. Следовательно, добавление батарей в систему не увеличивает время полёта и полезную нагрузку. Единственный способ нарастить временной отрезок – это повысить качество накопления энергии. Другими словами – нарастить удельную массу (Вт/кг) и объёмную удельную энергию (Вт/дм 3 ) батарей.

Массовая удельная энергия движителей разных БПЛА

Наилучшие значения удельной массы представлены жидким или сильно сжатым водородом. Эти значения намного лучше, чем для жидких углеводородных смесей:

Этим опять же подтверждается концепция, когда среди различных методов накопления электрической энергии, топливные элементы видятся лучшим решением. График, показывающий удельную энергию (электрическую) различных технологий хранения, включая топливные элементы, представлен на картинке ниже.

График удельной энергии: А – удельная мощность (Вт/кг); В – удельная энергия (Вт/ч/кг); 1 – ионисторы; 2 – литий-ион; 3 – никель-металл-гидрид; 4 – топливный элемент; 5 — свинец

Направление развития современных силовых установок БПЛА — использование гибридных систем, состоящих из батарей и топливных элементов. Обычно это комбинация батарей с высокой удельной энергией и водородных топливных элементов. Водородное топливо допустимо хранить на борту беспилотного летательного аппарата в баллонах под давлением или в виде химических соединений.

Существует также другая, более сложная замкнутая топливная система. В этом варианте водород вырабатывается непосредственно на борту дрона электролизёром с использованием электрической энергии от фотоэлектрических элементов. Правда, решение пока что находится на экспериментальной стадии.

Наиболее часто источниками энергии для беспилотников выступают Li-Po и Li-Ion аккумуляторы. Вероятно, в ближайшем будущем станут доступны более совершенные виды батарей, с более высокой плотностью энергии. Так, проводятся интенсивные исследовательские работы на литий-тионил-хлоридных батареях (Li-SOCl2), обладающих вдвое большей удельной массой, чем Li-Po.

Эти конструкции остаются пока что крайне дорогостоящими, но с развитием технологий цены обещают установиться на более доступный уровень. Можно привести также пример литий-воздушной (Li-air) или литий-серной батареи (Li-S), которые, как ожидается, смогут обеспечить плотность энергии ещё большую, увеличенную примерно в 7–10 раз.

Типы топливных элементов

Электроэнергию топливных элементов обычно получают из водорода и кислорода в результате электрохимической реакции. Реакция экзотермическая, дающая побочный эффект — воду. В топливном элементе химическая энергия напрямую преобразуется в электрическую энергию. Традиционное производство электроэнергии сопровождается поэтапным процессом преобразования энергии:

Существуют типы топливных элементов, не требующих водорода в качестве топлива. Эти элементы видятся интересными, но ограниченными под использование в движительных системах беспилотных летательных аппаратов. Можно условно разделить топливные элементы на категории, принимая во внимание, например:

Также в некоторых случаях возникают проблемы с продуктами электрохимической реакции топливного элемента (СО, сульфиды, галогениды), которые рассматриваются как загрязнение.

В случае мобильных приложений основным типом топливных элементов является протонообменная мембрана (PEM), называемая также полимерно-электролитно-мембранным топливным элементом (PEMFC), работающим на чистом водороде.

Этот вид топливных элементов обладает лучшими свойствами с точки зрения использования в беспилотных летательных аппаратах. Однако некоторые другие типы топливных элементов также интенсивно исследуются производителями БПЛА.

Таблица сравнения ТЭ по типу исполнения

допированный фосфорной кислотойВодородCO110 — 18050 — 60ТвердооксидныйТвердый иттрий-стабилизированный

цирконий (YSZ)Углеводородное

пропан)Сульфиды800 — 100055 — 65Расплавленный карбонатЖидкихе щелочные карбонаты

(Li2CO3, Na2со3, К2СО3)

(LiAlO2)МетанСульфиды, галогениды

сера600 — 70055 — 65Фосфорная кислотаКонцентрированная жидкостьВодородCO, H2S160 — 22036 — 45

Обычно применяются мембраны на основе PFSA (перфторсульфокислоты) с торговым наименованием «Nafion», выпускаемые «DuPont». Мембраны PEM являются наиболее подходящими по причине высокой гибкости. Преимущества топливных элементов PEM с точки зрения транспортных применений, среди прочего:

Анализируя различные виды топливных элементов, можно констатировать: потенциальная возможность применения топливных элементов для тяги беспилотных летательных аппаратов зависит от уровня технологической зрелости и баланса преимуществ и недостатков.

Перспективные конструкции ТЭ для беспилотников

Из представленных топливных элементов, наиболее перспективными являются:

Одним из наиболее перспективных вариантов выступает щелочной топливный элемент (AFC), но использование этого типа ограничено специальными применениями, например, космической программой НАСА. В случае твердооксидного ТЭ гибкость более обширна. Несмотря на высокую рабочую температуру, проведено несколько испытаний этого источника энергии для тяги беспилотных летательных аппаратов.

Возможность использования углеводородного топлива очень привлекательна, но всё ещё очень сложна в реализации. Прямой углеродный топливный элемент обладает более высоким электрическим КПД — 70–90%, но в настоящее время является источником энергии только под стационарные применения.

Другими факторами потенциального использования топливных элементов для приводов беспилотных летательных аппаратов являются:

Очень важным, особенно для военных применений, видится быстрый запуск и динамическое реагирование на спрос энергии. Здесь лучшая производительность представлена устройством типа LTPEM, благодаря низкотемпературной работе. Особое внимание следует уделить трём типам топливных элементов, которые в настоящее время применяются или испытываются в качестве источника энергии беспилотных летательных аппаратов:

Тихая работа топливных элементов и низкое тепловыделение (низкая акустическая и тепловая трассировка) являются очень желательной характеристикой. Такая характеристика делает этот источник тяги БПЛА выгодным по сравнению с двигателями внутреннего сгорания и хорошо приспособленным к скрытой природе беспилотных летательных аппаратов.

Силовые установки являются относительно сложными, содержат:

Электроникой обеспечивается надлежащий заряд батареи и оптимальное использование энергии для максимальной эффективности электрических двигателей винтов и продолжительности полета БПЛА.

На современном уровне технологического состояния отсутствие буферных батарей представляется невозможным по соображениям безопасности. Здесь следует упомянуть в основном Li-Po, Zinc-Air, Li-Air батареи.

Сравнение пяти различных силовых установок БПЛА, представленных на рисунке 3, показывает, что силовая установка PEMFC на сжатом водороде обладает наибольшим потенциалом выносливости и дальности полёта беспилотного аппарата.

Принципы работы топливных элементов

Схемы ТЭ вырабатывают электричество непосредственно из химической энергии с использованием электрохимической реакции. Эффективность такого преобразования выше или на уровне наиболее эффективных двигателей внутреннего сгорания.

Рабочее напряжение и ток зависят от количества элементов батареи. Максимальный ток определяется площадью поперечного сечения каждого элемента, определяющего способность накопления энергии батареи топливных элементов. Для правильной работы топливного стёка требуется вспомогательное оборудование, так называемый «баланс завода», и это оборудование делает конструкцию более сложной и утяжелённой.

Название каждой разновидности ТЭ происходит от источника водорода и типа электролита, который используется. Топливным элементом используется химическая энергия от внешних источников — водорода и кислорода, взятых обычно из окружающего воздуха.

Внутри топливного элемента горения нет — окисление водорода осуществляется электрохимическим способом, когда атомы водорода вступают в реакцию с атомами кислорода, образуя воду. Во время этого процесса освобождённые электроны, протекающие через внешнюю цепь, создают электрический ток. Размерность ТЭ допускает, как миниатюрное исполнение на производство нескольких ватт мощности, так и габаритное исполнение под производство мегаватт мощности.

Структурная схема установки: 1 – водород; 2 – кислород; 3 – топливная ячейка (PEM); 4 – контроллер; 5 – преобразующая электроника; 6 – мотор постоянного тока; 7 – вал мотора; 8 — пропеллер

Все топливные элементы состоят из двух электродов, разделенных твёрдым или жидким электролитом, несущим электрически заряженные частицы. Для ускорения реакций, на электродах часто используется катализатор.

Эффективность силовой установки БПЛА на топливных элементах

Приблизительные значения, включая также эффективность различных топливных элементов, применяемых в беспилотных летательных аппаратах, показаны в таблице 2. Видно, что свойства топливных элементов в области эффективности относительно высоки. Однако если принять во внимание эффективность всей системы движения беспилотного летательного аппарата, результаты отмечаются на уровне существенно худшем.

Таблица: свойства ТЭ, используемых в конструкциях современных БПЛА

В целом, как и в «классических» системах, содержащих двигатель внутреннего сгорания, движитель топливного элемента имеет сравнительно низкий общий КПД.

Принимая во внимание полную цепочку преобразования энергии, общая эффективность достигает 25–30%, как это показано на рисунке 8. Однако на этом уровне двигательная установка является многообещающей благодаря упомянутым характеристикам, таким как, например, низкий акустический и тепловой след БПЛА.

Водород в настоящее время является основным топливом для БПЛА, работающих на топливных элементах, но низкая плотность водорода при стандартных условиях (0,089 кг / м3) влияет на вопросы эффективного хранения, что является существенной проблемой для БПЛА;

Способы хранения водорода

Наиболее естественным способом хранения водорода является сжатие. Этот метод требует использования относительно легких композитных бутылок, выдерживающих давление около 70–80 МПа. Другими альтернативными методами являются хранение водорода в сжиженном состоянии, требующее, однако, криостатических сосудов и выделения водорода из химических соединений. Например, водный раствор NaBH4;

Следующие важные вопросы топливных элементов требуют решения:

Управление водой особенно связано с PEM, построенным из сульфатированных фторполимерных мембран (например, типа «Nafion»). Хорошая гидратация является условием правильной работы этих мембран. Высушенная мембрана обладает высоким электрическим сопротивлением, что приводит к большим потерям и тепловыделению. Это причина, почему применяется увлажнение газов, участвующих в химической реакции в топливных элементах;

Беспилотные летательные аппараты, работающие на водородных топливных элементах, имеют преимущество перед дронами, приводимыми в действие батареями. Для первых длительность полёта ограничена только подачей водорода, но необходимость периодической дозаправки всё еще остается актуальной.

Методы хранения топлива влияют на возможности дронов заправляться, что особенно важно для военных применений, где в полевых условиях быстрая дозаправка может иметь важное значение в успехе миссии. Сравнение выбранных методов хранения водорода представлено в таблице 3, где данные по физическим свойствам хранимого водорода не включают объем и массу бака и всей топливной системы.

Пример использования ТЭ на малых БПЛА

Типичным примером современных эффективных систем подачи на основе сжатого водорода может быть топливный элемент H1 мощностью 1800 Вт, разработанный китайскими специалистами. Эта система топливных элементов предназначена для беспилотных летательных аппаратов с длительным сроком службы и применяется, в частности, к мультикоптеру HyDrone 1550 MMC. Согласно заявлению производителя, топливный элемент H1 позволяет профессиональным беспилотникам оставаться в воздухе до 150 минут.

Набор «H1» — система топливных элементов — реально работающий тандем (ТЭ + баллон с водородом), который используется в конструкции беспилотного летательного аппарата

Представленная на картинке разработка включает в состав несколько основных элементов:

Блок топливных элементов состоит из 60 графитовых пластин, охлаждаемых четырьмя управляемыми вентиляторами. Система хранения состоит из баллона сжатого водорода с оборудованием — воздушным клапаном и датчиком высокого давления. Система управления состоит из двух электромагнитных клапанов, датчика низкого давления, радиоприёмника и персонального компьютера.

Специалисты MMC заявляют о времени действия этой системы до 1000 часов, а также относительно защиты от низкого ( 37 МПа) давления водорода. Комплект топливных элементов вместе с баком сжатого водорода показан на рисунке 11. Выбранные параметры системы H1-топливный элемент MMC представлены в таблице 4.

Выводы на современные беспилотные летательные аппараты

Большое внимание, уделяемое топливным элементам как источнику движения будущих беспилотных летательных аппаратов, оправдано результатами работ, проводимых научно-исследовательскими центрами авиационной промышленности. Большой интерес и финансовые затраты, которые несут авиационные гиганты – «Boeing» или «Lockheed Martin», ведущие исследования в сотрудничестве с НАСА и DARPA, кажутся симптоматичными.

Испытания проводятся обычно на существующих ранее проверенных беспилотных летательных аппаратах, оснащенных экспериментальной технологией топливных элементов. Многие фирмы, основанные специально для производства беспилотных летательных аппаратов, вносят свой вклад в развитие их двигательных установок, включая топливные элементы.

Тенденция к использованию гибридных силовых установок, состоящих из топливных элементов и батарей или топливных элементов и тепловых двигателей (не упомянутых в этой статье), носит временный характер. Ограничения по времени — до тех пор, пока не будут разработаны надёжные системы топливных элементов.

Отмечается ряд проблем, связанных с применением топливных ячеек для питания дронов, требующих решение:

При помощи информации: PK

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Источник