امکان سنجی فنی و اقتصادی استفاده از پیل سوختی به عنوان منبع انرژی وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین

هدف این مطالعه مقایسه کمی وزن، هزینه و استقامت پرواز هواپیماهای بدون سرنشین کوچک (UAV) است که توسط باتری ها و سلول های سوختی تغذیه می شوند. ما استفاده از باتری های لیتیوم-پلیمر (لیپو)، سلول های سوختی غشای تبادل پروتون (pemfcs) و پیل های سوختی مستقیم متانول (dmfcs) را در تامین انرژی دو uav کوچک نماینده مقایسه می کنیم: KHawk-Thermal (بال ثابت، طول بال ها ۱.۴ متر) و KHawk-CarbonQuad (کوادکوپتر، ۰.۷ متر طول مورب). این مطالعه از منحنی های قطبش اندازه گیری شده تجربی سلول های سوختی و داده های مصرف انرژی پهپادهای با انرژی LiPo در طول آزمایش های پروازی به عنوان ورودی برای به دست آوردن حداقل جرم، مصرف انرژی و هزینه های چرخه عمر (LCC) این سیستم های قدرت استفاده می کند. تحلیل ها ولتاژ، بازده و توان را در هر چگالی جریان در نظر می گیرند تا چگالی جریان عملیاتی بهینه را برای به دست آوردن حداقل وزن و هزینه سیستم های پیل سوختی برای به دست آوردن استقامت پروازی مورد نظر پیدا کنند. باتری LiPo مقرون به صرفه ترین گزینه برای تامین انرژی پهپادها با استقامت ۰.۷ ساعت (۴۲ دقیقه) یا کمتر است. در استقامت پرواز متوسط (به عنوان مثال، ۰.۸ - ۲.۱ ساعت)، سیستم PEMFC کمترین جرم و LCC را دارد. در حالی که هیدروژن پر انرژی ترین سوخت است، ذخیره هیدروژن به طور قابل توجهی جرم و هزینه سیستم را افزایش می دهد. برای پهپادهایی که ماموریت های طولانی مدت را پشت سر می گذارند (> ۲.۲ ساعت برای پهپادهای بال ثابت، > ۴.۳ ساعت برای پهپادهای کوادکوپتر)، یک سیستم DMFC به دلیل چگالی انرژی بالای متانول و نیازهای ذخیره سازی ساده آن، کمترین جرم و توان مصرفی را دارد. این مطالعه همچنین تاثیر پارامترهای کلیدی، مانند انرژی و توان ویژه باتری و سلول های سوختی، نسبت جرم ذخیره سازی هیدروژن، و نسبت بالابر به درگ را بر روی جرم و مصرف انرژی پهپادها تجزیه و تحلیل می کند.

کلیدواژه ها:

پهپاد ، پیل سوختی ، نوظهور ، هیدروژن