临近空间无人机和新能源无人机

宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 First version 04 25 2010 Last updated 04 26 2010 Wang Changhui BUAA 临近空间无人机和临近空间无人机和临近空间无人机和 临近空间无人机和 新能源无人机新能源无人机新能源无人机新能源无人机 无人机系统概论 八 无人机系统概论 八 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 临近空间飞行器临近空间飞行器 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 大气结构大气结构 大气压强 温度分布是连续 的 为研究根据特点分层 对流层 地面 13km 平流层 13km 55km 中间层 55km 90km 热 层 90km 800km 散逸层 800km 20km以下占大气90 50km以下占大气99 9 100km以上占0 0004 对流层降低10 大气压强 温度分布是连续 的 为研究根据特点分层 对流层 地面 13km 平流层 13km 55km 中间层 55km 90km 热 层 90km 800km 散逸层 800km 20km以下占大气90 50km以下占大气99 9 100km以上占0 0004 对流层降低10o oC kmC km 8 1 1 8 1 1 临近空间的特点临近空间的特点临近空间的特点临近空间的特点 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 1 8 1 1 临近空间的特点临近空间的特点临近空间的特点临近空间的特点 临近空间临近空间 高度为20km 100km的地球大气空间 高度为20km 100km的地球大气空间 特点 特点 介于飞机高度的上限 约20km 和卫星轨道下限 约100km 之间 介于飞机高度的上限 约20km 和卫星轨道下限 约100km 之间 分层 大部分平流层 13 55km 中间层 部分热层 90 800km 分层 大部分平流层 13 55km 中间层 部分热层 90 800km 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 1 8 1 1 临近空间的特点临近空间的特点临近空间的特点临近空间的特点 3 3 气温 气压 气象等环境恶劣 气温 气压 气象等环境恶劣 4 4 现有飞行器只能穿越 但无法自由飞行的区间 现有飞行器只能穿越 但无法自由飞行的区间 5 5 有臭氧 紫外线 对材料的影响严重 有臭氧 紫外线 对材料的影响严重 6 6 临近空间可细分 低层 20 30km 中层 30 70km 高层 70 100km 临近空间可细分 低层 20 30km 中层 30 70km 高层 70 100km 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 2 8 1 2 临近空间飞行器临近空间飞行器临近空间飞行器临近空间飞行器 临近空间飞行器临近空间飞行器 能持久稳定运行于临近空间执行任务的各种飞行器 能持久稳定运行于临近空间执行任务的各种飞行器 分类 分类 按升力产生原理分 轻于空气 靠浮力悬浮的高空飞艇 重于空气 与空气相对运动产生升力的高空飞机 有的飞行器是升浮一体 按升力产生原理分 轻于空气 靠浮力悬浮的高空飞艇 重于空气 与空气相对运动产生升力的高空飞机 有的飞行器是升浮一体 按飞行速度分 低速临近空间飞行器 高速 超声速 高超声速 临 近空间飞行器 按飞行速度分 低速临近空间飞行器 高速 超声速 高超声速 临 近空间飞行器 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 2 8 1 2 临近空间飞行器临近空间飞行器临近空间飞行器临近空间飞行器 军事应用特点 军事应用特点 较高的安全性 较高的安全性 持久稳定地运行在高空 持久稳定地运行在高空 地面覆盖优势明显 地面覆盖优势明显 可实现快速响应 可实现快速响应 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 3 8 1 3 美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇 洛克希德 马丁公司的HAA飞艇洛克希德 马丁公司的HAA飞艇 1 1 飞艇长约153m 最大直径约49m 容积150000m飞艇长约153m 最大直径约49m 容积150000m3 3 2 2 采用柔韧的多层纤维复合材料 艇内充氦气 采用柔韧的多层纤维复合材料 艇内充氦气 3 3 两侧各有2 台电动螺旋桨发动机 两侧各有2 台电动螺旋桨发动机 4 4 表面安装薄膜太阳能电池 除提供部分动力外 还可另外提供大约10kW 的输 出功率 配有可再生氢氧燃料电池 以备晚间或紧急情况下的动力需要 表面安装薄膜太阳能电池 除提供部分动力外 还可另外提供大约10kW 的输 出功率 配有可再生氢氧燃料电池 以备晚间或紧急情况下的动力需要 5 5 飞艇最多可以搭载包括监视雷达 红外传感器 通信设备等大约118t载荷 飞艇最多可以搭载包括监视雷达 红外传感器 通信设备等大约118t载荷 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 3 8 1 3 美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇 被洛克希德 马丁公司竞标击败的高空飞艇方案被洛克希德 马丁公司竞标击败的高空飞艇方案 6 6 2003年9月29日 导弹防御局选择洛马公司作为该飞艇的承包商 投入4000万 美元 2003年9月29日 导弹防御局选择洛马公司作为该飞艇的承包商 投入4000万 美元 7 7 2004年11月30日 美国国防部批准HAA飞艇计划进入第二阶段 即制造一艘样 艇并进行演示试验 2005年6月 导弹防御局计划向洛马公司追加1 37亿美 元进行第三阶段项目 2004年11月30日 美国国防部批准HAA飞艇计划进入第二阶段 即制造一艘样 艇并进行演示试验 2005年6月 导弹防御局计划向洛马公司追加1 37亿美 元进行第三阶段项目 被洛马公司击败的高空飞艇方案洛马公司HAA高空飞艇方案被洛马公司击败的高空飞艇方案洛马公司HAA高空飞艇方案 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 3 8 1 3 美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇 美国JP宇航公司研制的美国JP宇航公司研制的 攀登者攀登者 临近空间飞艇临近空间飞艇 1 1 升浮一体飞行器 呈V形 全长53m 宽30m 艇内充氦气 升浮一体飞行器 呈V形 全长53m 宽30m 艇内充氦气 2 2 装有2台螺旋桨推进器 由GPS系统导航 燃烧电池提供能量 装有2台螺旋桨推进器 由GPS系统导航 燃烧电池提供能量 3 3 造价仅为50万美元 远远低于任何一种有人驾驶侦察机 还不到造价仅为50万美元 远远低于任何一种有人驾驶侦察机 还不到 全球鹰全球鹰 的 40 已在30km高度成功进行了飞行实验 的 40 已在30km高度成功进行了飞行实验 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 3 8 1 3 美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇 美国Sanswire Networks公司研制的美国Sanswire Networks公司研制的 平流层卫星平流层卫星 近空间飞艇近空间飞艇 1 1 飞行高度在15 21km 用于通信和实时监视等领域 飞行高度在15 21km 用于通信和实时监视等领域 2 2 2005年5月 SanswireNetworks称已经完成预定计划的军用飞艇原型演示验证 2005年5月 SanswireNetworks称已经完成预定计划的军用飞艇原型演示验证 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 3 8 1 3 美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇 美国 美国 黑暗空间站黑暗空间站 近空间飞艇近空间飞艇 1 1 设计飞行高度30 5km 将由多个飞艇组成 美国计划将之建成为一个永久性 的高空漂浮平台 设计飞行高度30 5km 将由多个飞艇组成 美国计划将之建成为一个永久性 的高空漂浮平台 2 2 用作太空飞船从地面到轨道间的高空中转站 第三方飞行设备补给站 远距 离操纵的无线电通信中继站 小型的 用作太空飞船从地面到轨道间的高空中转站 第三方飞行设备补给站 远距 离操纵的无线电通信中继站 小型的 黑暗空间站黑暗空间站 试验工作已启动 试验工作已启动 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 3 8 1 3 美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇 美国美国 海象海象 飞艇概念飞艇概念 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 3 8 1 3 美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇美国的临近空间飞艇 1 1 美国还有其它临近空间飞艇概念 美国还有其它临近空间飞艇概念 2 2 地面需要配备大型飞艇贮存和维护仓库 地面需要配备大型飞艇贮存和维护仓库 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 4 8 1 4 日本的临近空间飞艇日本的临近空间飞艇日本的临近空间飞艇日本的临近空间飞艇 1 1 日本的平流层平台项目 2003年8月完成了48m飞艇无动力高空飞行试验 飞 行高度达16 4km 在空中停留约30min 日本的平流层平台项目 2003年8月完成了48m飞艇无动力高空飞行试验 飞 行高度达16 4km 在空中停留约30min 2 2 2004年试飞一艘68m飞艇 飞行高度为4000m 2004年试飞一艘68m飞艇 飞行高度为4000m 3 3 计划2010年完成长150m级 飞行高度为18km的验证艇的研制工作 计划2010年完成长150m级 飞行高度为18km的验证艇的研制工作 4 4 2013年完成长200m级 飞行高度为20km的实用艇的研制工作 2013年完成长200m级 飞行高度为20km的实用艇的研制工作 5 5 2016年完成长200m级 飞行高度为20km的高级艇的研制工作 2016年完成长200m级 飞行高度为20km的高级艇的研制工作 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 5 ESA8 1 5 ESA的临近空间飞艇的临近空间飞艇的临近空间飞艇的临近空间飞艇 欧空局的临近空间飞艇概念 欧空局的临近空间飞艇概念 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 5 8 1 5 韩国的临近空间飞艇韩国的临近空间飞艇韩国的临近空间飞艇韩国的临近空间飞艇 韩国的临近空间飞艇概念韩国的临近空间飞艇概念 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 6 8 1 6 临近空间飞艇的关键技术临近空间飞艇的关键技术临近空间飞艇的关键技术临近空间飞艇的关键技术 1 1 材料技术材料技术 轻质且高强度 抗老化 抗紫外线 对氦气密封性好 轻质且高强度 抗老化 抗紫外线 对氦气密封性好 2 2 结构设计结构设计 飞艇结构有硬式 半硬式和软式3种 半硬式飞艇采用氦 气囊和飞艇的外蒙皮双重结构 通过氦气囊和外蒙皮间的空间 在 氦气囊的外部设有一定压力的空气层 以减少氦气的慢性泄漏 飞艇结构有硬式 半硬式和软式3种 半硬式飞艇采用氦 气囊和飞艇的外蒙皮双重结构 通过氦气囊和外蒙皮间的空间 在 氦气囊的外部设有一定压力的空气层 以减少氦气的慢性泄漏 3 3 能源技术能源技术 平流层能否长年累月地提供连续电能是关键 目前 采用 的能源技术有两类 太阳能电池 蓄电池 太阳能电池 再生燃料 电池 RFC 平流层能否长年累月地提供连续电能是关键 目前 采用 的能源技术有两类 太阳能电池 蓄电池 太阳能电池 再生燃料 电池 RFC 4 4 控制技术控制技术 1 动力控制 长期定点 对抗风的扰动 2 压力控制 一 般通过对飞艇内部的空气囊充放气来实现 1 动力控制 长期定点 对抗风的扰动 2 压力控制 一 般通过对飞艇内部的空气囊充放气来实现 5 5 姿态控制姿态控制 飞艇的转弯和爬升通常利用姿态控制实现 包括俯仰姿态 控制和偏航姿态控制 飞艇的转弯和爬升通常利用姿态控制实现 包括俯仰姿态 控制和偏航姿态控制 6 6 定点控制定点控制 指驻空过程中 平流层飞艇能在指定的范围内保持相对地 面静止 指驻空过程中 平流层飞艇能在指定的范围内保持相对地 面静止 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 7 8 1 7 临近空间飞行器能源技术临近空间飞行器能源技术临近空间飞行器能源技术临近空间飞行器能源技术 1 1 太阳能电池 蓄电池太阳能电池 蓄电池 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 7 8 1 7 临近空间飞行器能源技术临近空间飞行器能源技术临近空间飞行器能源技术临近空间飞行器能源技术 2 2 太阳能电池 再生燃料电池 RFC 太阳能电池 再生燃料电池 RFC 功率密度大 单位质量功率大 可达600W kg 能量密度大 单位质量电能大 可达500Wh kg 功率密度大 单位质量功率大 可达600W kg 能量密度大 单位质量电能大 可达500Wh kg 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 8 8 1 8 飞艇的前世和今生飞艇的前世和今生飞艇的前世和今生飞艇的前世和今生 历史 历史 兴登堡兴登堡 号 20世纪30年代号 20世纪30年代 空中的豪华客轮空中的豪华客轮 曾经连续34次满载乘客和货物横跨狂暴的大西洋 到达北美和南美 曾经连续34次满载乘客和货物横跨狂暴的大西洋 到达北美和南美 全长248 6米 最大直径41 4米 全长248 6米 最大直径41 4米 仅仅只有100吨重 可装载363吨的旅客和货物 仅仅只有100吨重 可装载363吨的旅客和货物 装有4台1100匹马力的柴油发动机 装有4台1100匹马力的柴油发动机 可以载着110名旅客和乘员以130公里 小时的速度飞行16100公里 可以载着110名旅客和乘员以130公里 小时的速度飞行16100公里 艇身被分割成16个相互独立的气囊 装载令人难以置信的203760立方米的 易燃的氢气 艇身被分割成16个相互独立的气囊 装载令人难以置信的203760立方米的 易燃的氢气 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 1 8 8 1 8 飞艇的前世和今生飞艇的前世和今生飞艇的前世和今生飞艇的前世和今生 今天 今天 齐柏林新技术齐柏林新技术 号 当代最大飞艇号 当代最大飞艇 飞艇内充氦气 长75m 比波音747型客机长大约4 5m 飞艇内充氦气 长75m 比波音747型客机长大约4 5m Zeppelin NTZeppelin NT 飞艇可以在10min内升至东京上空300飞艇可以在10min内升至东京上空300 600m高度 速度 80km h 在风吹下轻微摇摆的感觉与乘船相似 600m高度 速度 80km h 在风吹下轻微摇摆的感觉与乘船相似 乘客可乘坐齐柏林飞艇 从空中俯瞰金门大桥和旧金山湾等著名景点 乘客可乘坐齐柏林飞艇 从空中俯瞰金门大桥和旧金山湾等著名景点 据报道 每次飞行 h 飞艇容纳12名乘客和 名艇员 票价495美元起 据报道 每次飞行 h 飞艇容纳12名乘客和 名艇员 票价495美元起 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 太阳能动力飞行器太阳能动力飞行器 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 1 8 2 1 飞行器太阳能利用方式飞行器太阳能利用方式飞行器太阳能利用方式飞行器太阳能利用方式 1 1 工作条件 临近空间空气密度低 需要长时间滞空 工作条件 临近空间空气密度低 需要长时间滞空 2 2 一般飞机用的燃料燃烧发动机如活塞式 涡喷 涡扇很难使用 一般飞机用的燃料燃烧发动机如活塞式 涡喷 涡扇很难使用 3 3 没有云层和大气的吸收和反射 临近空间的太阳辐射能量密度比地 面大 没有云层和大气的吸收和反射 临近空间的太阳辐射能量密度比地 面大 4 4 目前 目前 太阳能电池 蓄电池太阳能电池 蓄电池 5 5 未来 未来 太阳能电池 可再生燃料电池太阳能电池 可再生燃料电池 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 1 Pathfinder 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 2 Centurion 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 3 Helios Prototype HP01 High Altitude Configuration 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 3 Helios Prototype HP01 High Altitude Configuration 燃料电池燃料电池 1998年底 年底 NASA和航空环境公司开始可再生燃料电池系统 的初步设计 该燃料电池计划用于 和航空环境公司开始可再生燃料电池系统 的初步设计 该燃料电池计划用于2003年的长航时演示飞行计划 年的长航时演示飞行计划 1999年年5月 完成了用于飞行器的可再生燃料电池的概念设计评审 月 完成了用于飞行器的可再生燃料电池的概念设计评审 1999年年9月 完成了初步设计评审 但研制中 可再生燃料电池的可 靠性不高 月 完成了初步设计评审 但研制中 可再生燃料电池的可 靠性不高 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 4 Helios Prototype HP03 Long Endurance Configuration HP03 1 在在2003年年6月月7日进行了飞行试验日进行了飞行试验 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 Helios Prototype HP03 2 2003年年6月月25日进行了飞行试验 但最后解体 日进行了飞行试验 但最后解体 试飞过程 试飞过程 1 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 Helios Prototype HP03 2 2003年年6月月25日 日 试飞过程 2试飞过程 2 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 Helios Prototype HP03 2 2003年年6月月25日 日 试飞过程 试飞过程 3 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 Helios Prototype HP03 2 2003年年6月月25日 日 试飞过程 4试飞过程 4 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 Helios Prototype HP03 2 2003年年6月月25日 日 试飞过程 5试飞过程 5 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 2 8 2 2 美国美国美国美国 太阳神太阳神太阳神太阳神 飞机飞机飞机飞机 Helios Prototype HP03 2 2003年年6月月25日 日 试飞过程 试飞过程 6 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 3 8 2 3 瑞士瑞士瑞士瑞士 太阳动力太阳动力太阳动力太阳动力 飞机飞机飞机飞机 1 1 2010年4月6日 瑞士试飞成功太阳能飞机 2010年4月6日 瑞士试飞成功太阳能飞机 阳光动力号阳光动力号 2 2 长达90min的试飞 以45km h的速度滑行1km后 离开地面 并慢慢升空 长达90min的试飞 以45km h的速度滑行1km后 离开地面 并慢慢升空 3 3 试飞期间 飞机并未消耗任何燃料 全靠太阳能提供的动力飞行 试飞期间 飞机并未消耗任何燃料 全靠太阳能提供的动力飞行 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 3 8 2 3 瑞士瑞士瑞士瑞士 太阳动力太阳动力太阳动力太阳动力 飞机飞机飞机飞机 4 4 耗资7000万英镑 翼展63 4m 比波音747飞机差1米 但重量只有1600kg 同一辆小型轿车差不多 耗资7000万英镑 翼展63 4m 比波音747飞机差1米 但重量只有1600kg 同一辆小型轿车差不多 5 5 由超轻碳纤维材料制成 机上携带近12000块太阳能电池板 可充电锂电 池 以及4台10马力电动机 由超轻碳纤维材料制成 机上携带近12000块太阳能电池板 可充电锂电 池 以及4台10马力电动机 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 3 8 2 3 瑞士瑞士瑞士瑞士 太阳动力太阳动力太阳动力太阳动力 飞机飞机飞机飞机 6 6 飞机在空中飞行时平均速度约为70km h 飞机在空中飞行时平均速度约为70km h 7 7 飞行员在90min的飞行中成功地把飞机上升到了1000m的高空 而后逐渐减速 下降并成功着陆 飞行员在90min的飞行中成功地把飞机上升到了1000m的高空 而后逐渐减速 下降并成功着陆 8 8 太阳驱动太阳驱动 飞机项目由瑞士钟表制造商欧米茄公司 德意志银行等共同资 助 旨在展示和推广应用可再生能源 飞机项目由瑞士钟表制造商欧米茄公司 德意志银行等共同资 助 旨在展示和推广应用可再生能源 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 4 8 2 4 美国美国美国美国 奥德修斯奥德修斯奥德修斯奥德修斯 太阳能飞机太阳能飞机太阳能飞机太阳能飞机 1 1 美国极光飞行科学公司奥德修斯 Odysseus 太阳能飞机 能在空中连续飞 行停留5年以上 美国极光飞行科学公司奥德修斯 Odysseus 太阳能飞机 能在空中连续飞 行停留5年以上 2 2 Z型机翼 翼展150米 能够在阳光中调整姿态来吸收尽可能多的太阳能 Z型机翼 翼展150米 能够在阳光中调整姿态来吸收尽可能多的太阳能 3 3 黑暗时 保持机翼直线平飞来达到最大的空气动力学效率 用储存在电池中 的能量来驱动飞机的电动机 黑暗时 保持机翼直线平飞来达到最大的空气动力学效率 用储存在电池中 的能量来驱动飞机的电动机 4 4 已经展示了这种飞机的第一架小尺寸样机 下一步他们将制造一个一半尺寸 大小的样机 然后在五年之内完成全尺寸的原型飞机 已经展示了这种飞机的第一架小尺寸样机 下一步他们将制造一个一半尺寸 大小的样机 然后在五年之内完成全尺寸的原型飞机 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 5 8 2 5 英国的英国的英国的英国的 西风西风西风西风6 6 太阳能无人机太阳能无人机太阳能无人机太阳能无人机 1 1 英国英国 西风6西风6 太阳能无人机 超轻碳纤维飞行器 32kg 通信载荷2kg 太阳能无人机 超轻碳纤维飞行器 32kg 通信载荷2kg 2 2 起降不需跑道 空中一抛 借风起飞 螺旋桨推进 最高112km h 起降不需跑道 空中一抛 借风起飞 螺旋桨推进 最高112km h 3 3 翼展长度约18m 晴天 完全依靠太阳能 多余能量储存在40节硫化锂电池 中 在夜间和阴天 飞机则依靠电池提供动力 翼展长度约18m 晴天 完全依靠太阳能 多余能量储存在40节硫化锂电池 中 在夜间和阴天 飞机则依靠电池提供动力 4 4 可以飞到18000m 一可绕过紊乱气流 二可越过云层 最大限度接收太阳 能 三可躲避敌方的探测和轰炸 可以飞到18000m 一可绕过紊乱气流 二可越过云层 最大限度接收太阳 能 三可躲避敌方的探测和轰炸 5 5 曾连续飞行是82h37min 可在18000m精确拍摄地面25 4cm物体曾连续飞行是82h37min 可在18000m精确拍摄地面25 4cm物体 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 2 6 8 2 6 其它太阳能无人机其它太阳能无人机其它太阳能无人机其它太阳能无人机 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 燃料电池动力飞行器燃料电池动力飞行器 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 1 8 3 1 燃料电池燃料电池燃料电池燃料电池 1 1 燃料电池 FC 燃料电池 FC 燃料 电 燃料 电 燃料电池 Fuel Cell 是一种将存在于燃料与氧化剂中的 化学能直接转化为电能的发电装置 不能 燃料电池 Fuel Cell 是一种将存在于燃料与氧化剂中的 化学能直接转化为电能的发电装置 不能 储电储电 而是一个而是一个 发电厂发电厂 能量转化效率高 能量转化效率高 电能转换效率在45 60 火力发电和核电的效率 30 40 电能转换效率在45 60 火力发电和核电的效率 30 40 有害排放都低 有害排放都低 有害气体SOx NOx及噪音排放都很低 CO2排放大幅度 降低 无机械振动 有害气体SOx NOx及噪音排放都很低 CO2排放大幅度 降低 无机械振动 积木化强 积木化强 规模及安装地点灵活 规模及安装地点灵活 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 2 8 3 2 可再生燃料电池可再生燃料电池可再生燃料电池可再生燃料电池 2 2 可再生燃料电池 RFC 可再生燃料电池 RFC 可再生燃料电池 可再生燃料电池 电池电池 燃料 电 燃料 电 电解池电解池 电 燃料 电 燃料 电池电池 H H2 2 O O2 2 H H2 2 O O 电解池电解池 H H2 2 O HO H2 2 O O2 2 储能 储能 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 3 8 3 3 太阳能 太阳能 太阳能 太阳能 RFCRFC能源系统能源系统能源系统能源系统 3 3 太阳能电池 再生燃料电池 RFC 太阳能电池 再生燃料电池 RFC 可再生燃料电池 可再生燃料电池 电解池 电解池 电 燃料 电 燃料 电池 电池 燃料 电 燃料 电 电解池电解池 H H2 2 O HO H2 2 O O2 2 电池电池 H H2 2 O O2 2 H H2 2 O O 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 4 8 3 4 燃料电池的种类燃料电池的种类燃料电池的种类燃料电池的种类 按电解质划分 按电解质划分 碱性燃料电池 AFC 碱性燃料电池 AFC 磷酸盐型燃料电池 PAFC 磷酸盐型燃料电池 PAFC 熔融碳酸盐型燃料电池 MCFC 熔融碳酸盐型燃料电池 MCFC 固体氧化物型燃料电池 SOFC 固体氧化物型燃料电池 SOFC 质子交换膜燃料电池 PEMFC 质子交换膜燃料电池 PEMFC 生物燃料电池 BEFC 生物燃料电池 BEFC 按工作温度 按工作温度 常温燃料电池 373K 100 如PEMFC 常温燃料电池 873K 600 如MCFC和SOFC 高温燃料电池 873K 600 如MCFC和SOFC 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 4 8 3 4 燃料电池的种类燃料电池的种类燃料电池的种类燃料电池的种类 电池与代号氢氧碱电池电池与代号氢氧碱电池 AFC 氢氧磷酸电池氢氧磷酸电池 PAFC 质子交换膜氢氧电池质子交换膜氢氧电池 PEMFC 熔融碳酸盐电池熔融碳酸盐电池 MCFC 固体电解质电池固体电解质电池 SOFC 工作温度工作温度 60 120180 21080 100600 700900 1000 燃料燃料 高纯高纯H2H2H2H2 CO CH4H2 CO CH4 氧化剂氧化剂 高纯高纯O2空气空气空气空气空气空气 CO2空气空气 电解质电解质 KOHH3PO4质子交换膜质子交换膜 K Li 2CO3Y2O3 ZrO2 阳极催化剂阳极催化剂 PtPtPtNiNi ZrO2 阴极催化剂阴极催化剂 PtPtPtNiOLa Sr MnO2 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 5 8 3 5 波音燃料电池飞机波音燃料电池飞机波音燃料电池飞机波音燃料电池飞机 1 1 2008年2月至3月 波音公司在西班牙奥卡尼亚镇3次成功试飞一架氢燃料电 池为动力源的小型飞机 2008年2月至3月 波音公司在西班牙奥卡尼亚镇3次成功试飞一架氢燃料电 池为动力源的小型飞机 2 2 由一架双座螺旋桨动力滑翔机改装而成 飞机内安装了质子交换膜燃料电 池和锂离子电池 由一架双座螺旋桨动力滑翔机改装而成 飞机内安装了质子交换膜燃料电 池和锂离子电池 3 3 小型飞机翼展16 3m 机身长6 5m 重约800kg 可容纳2人 小型飞机翼展16 3m 机身长6 5m 重约800kg 可容纳2人 4 4 飞机在1000m高空飞行了约20分钟 速度约100km h 飞机在1000m高空飞行了约20分钟 速度约100km h 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 5 8 3 5 波音燃料电池飞机波音燃料电池飞机波音燃料电池飞机波音燃料电池飞机 5 5 飞机起飞及爬升过程采用一套质子交换膜 PEM 氢燃料电池 轻质锂离子电池 混合能源系统驱动一个电动机 再由电动机带动一个常规的螺旋桨转动 在 巡航飞行时 验证机的全部能源都将来自燃料电池 在需要最大功率的起飞 和爬升状态 则还将利用电池的能量 飞机起飞及爬升过程采用一套质子交换膜 PEM 氢燃料电池 轻质锂离子电池 混合能源系统驱动一个电动机 再由电动机带动一个常规的螺旋桨转动 在 巡航飞行时 验证机的全部能源都将来自燃料电池 在需要最大功率的起飞 和爬升状态 则还将利用电池的能量 6 6 让航空工业的未来让航空工业的未来 充满绿色希望充满绿色希望 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 6 8 3 6 德国德国德国德国HyfishHyfish无人机无人机无人机无人机 1 1 德国航空航天中心 DLR 与其国际伙伴 新加坡地平线燃料电池技术公司 经 过18个月的合作开发 实现了Hyfish无人机的首次试飞 德国航空航天中心 DLR 与其国际伙伴 新加坡地平线燃料电池技术公司 经 过18个月的合作开发 实现了Hyfish无人机的首次试飞 2 2 超轻型 紧凑燃料电池使该飞机总重量仅为6kg Hyfish机身长1 2m 机翼 大约为1m 它在试飞时 以200km h的速度完成了垂直上升 翻圈飞行和其 它航空飞行特技 使它成为具有喷气式飞机机翼 用燃料电池作为唯一能源 的第一架高速飞行的飞机 超轻型 紧凑燃料电池使该飞机总重量仅为6kg Hyfish机身长1 2m 机翼 大约为1m 它在试飞时 以200km h的速度完成了垂直上升 翻圈飞行和其 它航空飞行特技 使它成为具有喷气式飞机机翼 用燃料电池作为唯一能源 的第一架高速飞行的飞机 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 6 8 3 6 德国德国德国德国HyfishHyfish无人机无人机无人机无人机 3 3 利用氢燃料电池供电 首飞飞行了15min 未来可以将飞行时间提高到15h 利用氢燃料电池供电 首飞飞行了15min 未来可以将飞行时间提高到15h 4 4 为Hyfish研制的质子交换膜燃料电池实现了1kW的电功率输出 为Hyfish研制的质子交换膜燃料电池实现了1kW的电功率输出 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航推进系 8 3 6 8 3 6 德国德国德国德国HyfishHyfish无人机无人机无人机无人机 5 5 德国Hyfish燃料电池无人机的结构 德国Hyfish燃料电池无人机的结构 宇航学院 宇航推进系宇航学院 宇航