Водородные двигатели считаются одной из перспективных технологий для транспорта будущего, в том числе беспилотников. У них высокая мощность, они быстро запускаются, работают с высоким КПД при не очень высоких температурах, и, что важно в текущей повестке, — не загрязняют окружающую среду. Сейчас исследователи занимаются проблемой динамического полета водородных БПЛА — они создали программу, которая оптимизирует подачу воздуха для ровного полета.
Один из видов водородных топливных элементов включает в себя протонообменную мембрану. На анод и катод подаются водород и кислород соответственно. Молекулы водорода расщепляются на протоны и электроны. Протоны двигаются к катоду через мембрану, а электроны идут «в обход», образуя электрический ток. Побочные продукты процесса — вода и тепловая энергия.
В Китае протестировали в январе 2025 года тяжелый беспилотник DF600 Jinghong, оснащенный двигателем на водородных топливных ячейках и системой воздушного охлаждения. Дальность его полета благодаря технологиям составляет 1 тысячу километров, а максимальная взлетная масса — 1,2 тонны. Такой БПЛА способен нести грузы массой до 160 килограммов.
Несмотря на весомые преимущества у водородных беспилотников есть свои недостатки. В частности, при резком наборе высоты, маневрах или смене полезной нагрузки их энергосистема может начать работать нестабильно. Главный параметр — сколько воздуха подается в двигатель (стехиометрическое соотношение) — ранее оптимизировали только под ровный полет. В реальных условиях статичные настройки ведут к перерасходу водорода и перегреву системы.
Стехиометрическое соотношение воздуха — это идеальное соотношение между объемами воздуха и топлива, при котором топливо полностью сгорает и ни одного из компонентов не остается в избытке.
Ученые из Хубэйского технологического университета и Хуачжунского университета науки и технологии в Китае создали первую интеллектуальную систему, которая в реальном времени подстраивает объем подачи воздуха под условия полета. Специалисты разработали точную цифровую модель, связывающую физику полета дрона с процессами внутри топливного элемента — и успешно протестировали ее в реальных испытаниях.
Разработка позволила снизить расход водорода на 2 миллиграмма на каждые 100 метров полета, увеличить напряжение и стабилизировать температуру внутри системы.
Большой плюс этой истории в том, что подобные двигатели в перспективе могут использовать и беспилотные грузовики, гибридные самолеты, летающие такси и другие изобретения ближайшего будущего.
Подписывайтесь на наш телеграм-канал Сигма.Дрон, чтобы ничего не пропустить.