تصنيف أنظمة الهيدروجين الهجينة للطائرات بدون طيار

1. مبدأ نظام الطاقة الهجين الهيدروجيني

عادةً ما يستخدم نظام الهيدروجين الهجين للطائرات بدون طيار الهيدروجين كمصدر رئيسي للطاقة، جنبًا إلى جنب مع مصادر الطاقة الأخرى (مثل البطاريات)، ويقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للهيدروجين إلى طاقة كهربائية أو ميكانيكية من خلال التفاعلات الكيميائية لتشغيل رحلة الطائرة بدون طيار.

يمكن أن يخضع الهيدروجين لتفاعل كهروكيميائي في خلية الوقود لإنتاج الطاقة الكهربائية، والتي تدفع المحرك مباشرة للعمل؛ ويمكن أيضًا حرقها لإنتاج غازات ذات درجة حرارة عالية وضغط مرتفع لتشغيل التوربينات أو المحركات المكبسية، وفي الوقت نفسه استعادة الحرارة المهدورة لأنظمة أخرى لتحسين كفاءة الطاقة.

تساعد البطارية النظام من خلال توفير طاقة إضافية أثناء بدء التشغيل، أو التسارع، أو الأحمال العالية، وما إلى ذلك، أو عندما يكون خرج خلية الوقود غير كافٍ، ويمكنها استعادة طاقة الكبح للتخزين.

2. تصنيف أنظمة الطاقة الهجينة الهيدروجينية

(1) نظام هجين لبطارية خلية وقود الهيدروجين

غشاء تبادل البروتونات خلية الوقود (PEMFC) هي جهاز توليد الطاقة الرئيسي، الذي يتميز بمزايا كفاءة تحويل الطاقة العالية، والانبعاثات الصفرية والضوضاء المنخفضة. تُستخدم البطاريات (مثل بطاريات الليثيوم) كمصادر طاقة مساعدة، ويتم توصيل الاثنين بنظام القيادة الكهربائية للطائرة بدون طيار عبر محول الطاقة.

أثناء الطيران، توفر خلية الوقود طاقة أساسية مستقرة، وتوفر بطارية الليثيوم طاقة إضافية عندما يكون الطلب الفوري على الطاقة مرتفعًا، ويتم استرداد الطاقة وتخزينها في ظل ظروف كفاءة خلية الوقود المنخفضة (مثل الأحمال المنخفضة)، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة وأداء النظام بأكمله.

في الوقت الحاضر، يتم استخدام معظم الطائرات بدون طيار الهجين الهيدروجين الأنظمة الهجينة لخلايا الوقود الهيدروجينية والبطارية.

(2) النظام الهجين لمحرك الاحتراق الداخلي والبطارية بالهيدروجين

ويستخدم محرك الاحتراق الداخلي الهيدروجين كمصدر للطاقة، وتستخدم الطاقة الناتجة عن احتراق الهيدروجين في الاسطوانة لدفع الطائرة بدون طيار للطيران. تتميز محركات الاحتراق الداخلي للهيدروجين بخصائص التكنولوجيا الناضجة وكثافة الطاقة العالية، ولكن انبعاثها وكفاءتها الحرارية أقل من خلايا وقود الهيدروجين.

في هذا النظام، يتم استخدام البطارية بشكل أساسي لتحسين أداء بدء تشغيل محرك الاحتراق الداخلي، وتحقيق ضبط سريع للطاقة واستعادة طاقة الكبح، وتقليل هدر الطاقة، وتقليل استهلاك الوقود وانبعاثات محرك الاحتراق الداخلي الهيدروجيني في بعض ظروف العمل. ، وتحسين الاقتصاد الشامل وحماية البيئة.

نظرًا لأن النظام الهجين للبطارية ومحرك الاحتراق الداخلي للهيدروجين يحتاج إلى حرق الهيدروجين في الأسطوانة لتوليد الطاقة، فإنه يستخدم بشكل عام في الطائرات الكبيرة نسبيًا.

تم تجهيز أول طائرة طيران عامة مطورة ذاتيًا في الصين تعمل بمحرك احتراق داخلي للهيدروجين بمحرك احتراق داخلي للهيدروجين فائق الشحن بدون انبعاثات سعة 2.0 لتر، باستخدام تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط، ووزن تخزين الهيدروجين 4.5 كجم، ومحرك احتراق داخلي للهيدروجين. أقصى كفاءة حرارية تزيد عن 43%، وكفاءة حرارية شاملة تزيد عن 40%.

(3) النظام الهجين لخلايا الوقود الهيدروجينية والبطارية الشمسية

وبالإضافة إلى خلايا الوقود والبطاريات، تم أيضًا إدخال الألواح الشمسية.

تقوم الألواح الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء خلال النهار عندما يكون هناك ما يكفي من الضوء لتجديد رحلة الطائرة بدون طيار، أو لإعادة شحن البطارية.

تعتبر خلية الوقود الجهاز الرئيسي لتزويد الطاقة المستمرة، وتلعب البطارية دورًا في موازنة الطاقة وتخزين الطاقة وضمان تشغيل الطائرة بدون طيار ليلاً أو عندما يكون الضوء غير كافٍ.