无人机用燃料电池阴极供气系统建模与控制

燃料电池因其高效、无污染、噪声小等特点,被认为是未来最具有潜力的无人机（UAV）用动力源,燃料电池阴极供气系统的控制技术是决定燃料电池系统性能和可靠性的关键。针对无人机用质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极供气系统,首先,考虑外界温度、压力、空气密度以及雷诺数等随高度变化的参数,建立了跨高度离心空压机模型并分析了其在不同高度下的工作特性,基于无刷直流电机反电势特征构建了高速空压机驱动电机模型。其次,通过计算燃料电池阴极氧气和氮气的动态分压获取了PEMFC电堆输出电压。设计了基于分数阶PI^λD^μ的过氧比和阴极气压控制方法,驱动电机采用有限集模型预测控制（MPC）实现快速的转矩响应,仿真结果表明设计的控制器可在无人机跨高度运行条件下实现过氧比的快速调节,同时维持阴极气压稳定,满足燃料电池阴极供气需求。     

燃料电池轻型飞机起飞质量估算方法

为应对全球能源危机和环境污染问题,航空界将电动飞机作为研究的热点之一。燃料电池飞机在飞行过程中飞机质量基本保持不变,使得燃料电池飞机在起飞质量估算方法上和传统动力飞机相比,具有不同特点。本文通过引入推进系统系数等参数,建立了燃料电池飞机各部分质量系数的确定及飞机起飞质量的估算过程,并为后续机型的研制提供参考。     

航天飞机发射倒计时

在肯尼迪航天中心发射场,有一个历史悠久的倒计时钟,它自1968年阿波罗计划开始一直服役至今,每次都出现在航天飞机点火升空前的画面中。它使用老式白炽灯泡打出数字轮廓,如今已饱经风霜,全身有明显的磨损痕迹。用现在流行的一句话来说:"用倒计时来倒计时",经历过成功和悲剧,     

内增湿式质子交换膜燃料电池堆动态传热模型

建立了质子交换膜燃料电池阴极的传质模型,综合考虑了影响电堆传热的多个因素,在此基础上针对内增湿式燃料电池堆建立了动态传热模型.采用Runge-Kutta-Felhberg法对模型进行求解,对电流、反应物过量系数、压强、冷却水流量等对电堆温度的影响进行了研究.结果表明,当电流大于25A时电堆温度将不能自行稳定在80℃以下,采用水冷可以有效地将电堆温度控制在较理想的范围内.在额定功率为5kW的燃料电池堆试验台架上进行了热管理试验,试验结果同模型预测值吻合较好.     

低强度超声波改善微生物燃料电池产电效能

微生物燃料电池(MFCs,Microbial Fuel Cells)可在处理有机废水的同时获得电能,但生物体系缓慢的电子传递速率是其发展的瓶颈.为了寻求提高MFCs工作效率的途径,建立了2个有效容积为1.5L,电极面积160cm2的单室MFCs,设置为超声波强化反应器和对照反应器,进行对比试验.结果表明,采用强度为0.2W/cm2、频率33kHz、超声间隔为83h的超声波对反应器辐照10min,在反应后期(运行2880h后)MFCs与对照反应器相比最大功率密度提高了6%,一个运行周期产生的总电量增加了46.5%;设置超声的反应器库仑效率(CE,Coulombic Efficiency)比对照反应器提高了25.7%.超声波强化反应器中水的pH值最小值比对照pH值最小值低0.2,超声波辐照的反应器氧化还原电位(ORP,Oxidation Reduction Potential) 最小值低于对照反应器ORP最小值34.8mV. 2个反应器3000min对化学需氧量(COD,Chemical Oxygen Demand)的净化效率都达到72.9%,超声波对COD去除贡献不明显,并从低强度超声波对微生物作用的过程方面分析了上述现象.      

航空用燃料电池及混合电推进系统发展综述

随着世界范围内碳减排需求的日益增长及长航时飞机的发展需要,高效率的燃料电池航空电推进系统逐渐受到重视,氢能航空的理念被人们所熟知。可使用碳氢燃料的高温燃料电池还可与燃气涡轮组成混合动力系统,发电效率进一步提高至70%。本文首先回顾了燃料电池及燃料电池涡轮混合系统在航空能源、动力系统方向应用概况;接着,概述了几种突破现有涡轮发动机技术瓶颈的新概念混合电推进系统,如发电与推进一体化燃料电池涡轮混合动力系统和无涡轮燃料电池混合推进系统;基于此,本文分析了限制燃料电池混合系统实际应用的关键技术难题,主要体现在混合动力系统功重比较低、大分子碳氢燃料重整技术未突破两方面。     

空客创新型燃料电池项目荣获绿色科技奖

空中客车公司将燃料电池作为一种民用航空替代能源所开展的相关研究项目日前获得航空领域"2013年绿色科技奖"GreentTec Award 2013)。这一"多功能燃料电池系统"探索了采用多功能燃料电池取代辅助动力装置(APU)和冲压空气涡轮RAT)的可行性。     

从生物燃料到燃料电池，航空能源将多样化

替代能源在2009年始终都是热门的话题．其中一条重头消息是，2009年年中，瑞士的“太阳动力”飞机完成了36小时的“昼夜”飞行。这种用太阳能为动力的飞机，预计在2012年将做世界环球飞行。     

改善燃料电池性能的碳纳米管催化剂

由于较高的成本和诸多性能限制，燃料电池动力无人机仅被应用于军用领域．但一种新型催化剂技术将改变这一状况。     

绿色航空离我们有多远？

绿色航空是人们的一个目标。但是，要实现这个目标还有很长的路要走。 有判断称，至少在今后几十年内．大型飞机的动力系统还会沿用传统的喷气式发动机．包括燃料电池、太阳能甚至核能等新能源还难于进入实用阶段。基于这个现实．人们首先从新型航空发动机的节能减排性能入手，试图以新的概念和技术提高系统工作效率。按现在的研发速度，到2020年进入服役的新型飞机将比2005年生产的飞机效率提高20％～25％．比2000年的飞机则提高50％。