無人機航程短板怎么破？

【亞太日報 虞超】在生活中，人們常用的手機電池就屬于鋰電池，因此它采購方便，工藝成熟，因此就連某知名消費級無人機也在使用智能鋰電池組。鋰電池組是由多個電芯串并聯而成，電芯的形狀就像一顆一顆的電池。但由于個體差異，這些電芯無法做到100%均衡的充放電，而且大功率電池的充電時間也比較長。然而最讓人“捉急”的莫過于鋰電池的續航時間了，300克重量的鋰電池理論上只能讓500克重的無人機飛行17分鐘，這也是大多數無人機只能走到消費級而無法再向更高層級，如工業級、軍用級邁進的主要原因之一。

形形色色的鋰電池

想要突破航程上的瓶頸，就只有從兩個方面入手，一是改變能源，二是減輕自身重量。采用燃油作為能源的無人飛行器一直是軍方的選擇，但一方面這類飛行器造價昂貴且多為固定翼，使用時有場地限制而不夠靈活，另一方面使用燃油也會對環境造成污染。在鋰電池技術早已成熟而無法有更大突破的今天，唯有從電能入手，選擇其他材質的電池，才能既打破無人機航程的瓶頸，又能做到綠色環保。那么，燃料電池就是一種不錯的選擇。

使用燃料電池的德國AIP潛艇

其實，在多旋翼無人機之外的其他應用領域，燃料電池也已經開始大顯身手了，例如軍事領域。早期的常規潛艇使用柴電混合動力，在水面依靠柴油機組提供動力，并給蓄電池充電，到水下則依靠蓄電池航行。由于柴油機組嚴重依賴氧氣，所以必須頻繁浮出水面才能給蓄電池充電，也由此而增加了暴露的幾率。不過，德國研發的燃料電池則很好的解決了這一問題，潛艇在水下的滯留時間能達到兩周以上。

目前在無人機領域使用的燃料電池多以氫燃料為主。在早期的研究中，氫燃料電池并不被看好，研究中也出現過穩定性差，易燃易爆等問題。但經過多年的研發，已經有了完整的安全解決方案，并且氫氣很輕，逃逸速度極快，在非密閉空間內，就算產生明火也不會引起爆炸，而且與汽油等不同，氫氣燃燒是向上的，沒有橫向延展的危險。目前，氫燃料電池已經能在極其穩定的情況下為無人機提供動力：今年2月份，蘇格蘭海洋科學協會在蘇格蘭機場就成功進行了第一架使用固態氫動力系統無人機的飛行測試，起飛10分鐘運行200英尺，并平穩著陸；另一家新加坡的氫燃料電池無人機可空載飛行4小時，1Kg滿載下還能支撐150分鐘。由此可見，氫燃料電池的續航已優于鋰電池。

而如果要減輕無人機重量，則必須從材料入手。消費級無人機大量使用塑料和金屬部件，無人機產品僅能夠保證“飛”這一單一功能，如果想要非得更高、更遠、更平穩，就必須和航空業接軌，采用碳纖維航空材料。早在上世紀80年代，隨著高性能碳纖維增強復合材料技術和預浸料-熱壓罐整體成型工藝的成熟，航空業已經大規模采用碳纖維材料并將其適用于受力大，尺寸大的主承力結構零件中。相較于傳統的鋁合金材料，碳纖維在重量上要輕2/3，制造工藝也更為簡潔，在不降低自身強度的同時，有效的減輕了重量。

可執行布線任務的無人機

相比消費級無人機，工業級無人機必須勝任在不同工作環境下的不同任務需求，因此對于機身材質的要求也遠非普通的塑料和鋁合金就能滿足，采用碳纖維材料不僅有效減輕重量，提高航程，更可以在不增加原有電機功率的情況下提高無人機載重能力。

而如果燃料電池和高強度碳纖維材料相結合，會產生怎樣奇妙的結果？來自深圳某公司的全球第一臺產品化氫燃料電池無人機，或許能帶來答案。