امکان سنجی جایگزینی سامانه پیشرانش پهپاد شاهد ۱۳۶ از موتور درون سوز به پیل سوختی غشای پلیمری رویکرد بهینه سازی سه سطحی با تاکید بر چالشهای ذخیره سازی هیدروژن

در این مقاله امکان سنجی فنی جایگزینی موتور درون سوز پیستونی ۵۵۰-MD در مهمات گشت زن شاهد ۱۳۶ با سامانه پیشرانش هیبرید پیل سوختی غشای پلیمری (PEMFC) و باتری لیتیوم یونی بر اساس چارچوب بهینه سازی سه سطحی (کامپوننت، سیستم و عملیات) بررسی شده است. با بهره گیری از آخرین دستاوردهای علمی در زمینه یکپارچه سازی پیل سوختی در سکوهای هوایی بدون سرنشین و روش های بهینه سازی سامانه هوارسانی در ارتفاعات متغیر، نیازمندی های فنی و محدودیت های این تبدیل تحلیل می گردد. پهپاد شاهد ۱۳۶ با وزن برخاست ۲۰۰ کیلوگرم، توان مورد نیاز حدود ۳۷ کیلووات در فاز پرواز کروز و برد عملیاتی ۱۰۰۰ تا ۲۵۰۰ کیلومتر چالش های منحصر به فردی را پیش روی طراحی جدید قرار می دهد. نمونه مشابه آمریکایی این پهپاد با نام LUCAS با وزن ۸۰ تا ۱۰۰ کیلوگرم و برد حدود ۸۰۰ کیلومتر، به عنوان مبنای مقایسه فناوری در نظر گرفته شده است. نتایج تحلیل نشان می دهد که اگرچه سامانه پیل سوختی غشای پلیمری از نظر بازده (۴۵ تا ۵۵ درصد) در مقایسه با ۲۵ تا ۲۸ درصد موتور پیستونی و کاهش ردپای حرارتی برتری چشمگیری دارد، مهم ترین چالش فراروی این تبدیل ذخیره سازی هیدروژن است. استفاده از آخرین فناوری مخازن کامپوزیتی بدون آستر HELP-GAS با بازده وزنی بیش از ۱۲ درصد، جرم هیدروژن مورد نیاز برای ماموریتی با انرژی معادل را حدود ۱۵ تا ۲۰ کیلوگرم برآورد می کند. تحلیل عملکرد در ارتفاع نشان می دهد که در ارتفاع ۵۰۰۰ متری توان خروجی پیل سوختی تا ۷۰ درصد کاهش می یابد اما با بهینه سازی سامانه هوارسانی می توان بیش از ۵۰ درصد این افت را جبران کرد. در سناریوی حذف کلاهک جنگی و تغییر ماموریت از ضربتی به شناسایی و نظارت، دستیابی به مداومت پروازی قابل توجه امکان پذیر می گردد. تحلیل حاضر نشان می دهد که با فناوری های کنونی تبدیل کامل با حفظ برد اصلی غیرممکن است اما تغییر ماموریت می تواند مزایای راهبردی پنهان کاری و مداومت را محقق سازد.

کلیدواژه ها:

پیل سوختی غشای پلیمری ، پهپاد شاهد ۱۳۶ ، سامانه هیبرید ، ذخیره سازی هیدروژن ، HELP-GAS ، بهینه سازی در ارتفاع بالا ، LUCAS