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用於燃料電池無人機的結構性氫氣罐

2022-10-15 10:41:17 admin
在雜誌上,來自IWK纖維複合材料技術/輕量化係的巴蘭頓教授和齊默曼博士報告說,圓柱形氫氣罐同時也被用作結構部件,已被證明是最佳解決方案。

 

一般來說,有兩種方法來儲存氫氣。將氣體冷卻到-253°C以使其液化,或者將其置於高壓下以增加其密度並使其可運輸。對於快速消耗氫氣的大型係統,如火箭發動機,氫氣被冷卻。對於像無人機這樣的小型係統,必須在較長的時間內儲存燃料,則使用加壓罐,因為不需要保溫,而且儲存也沒有時間要求。

 

然而,一個可以承受160bar左右的壓力罐(安全係數為420bar的設計壓力)本身就帶來了一定的重量,在計算結構時,必須考慮到這一點。為了減少這種額外的重量,一個解決方案是使用已經本身很堅固的罐作為結構件。因此,斯德哥爾摩皇家理工學院的目標是一個完整的罐,方案開發是與IWK一起進行的。在這個過程中,對各種罐體結構和形狀進行了檢查,正如預期的那樣,圓柱形罐體形狀提供了最好的結果。在考慮到失效行為的情況下,對各種層結構和纖維方向進行了測試和模擬,以優化罐體。

 

最好的解決方案包括六個長的、圓柱形的機翼油箱,除了儲存燃料外,還能承受類似於脊柱的負荷。可以省略實際的脊柱,這樣可以減輕重量。此外,機身中央部分(在傳統設計中,壓力油箱將被放置在這裏)可用於其他係統。為了便於運輸,機翼是可拆卸的,這樣就可以接觸到油箱並對其進行更換、維護和檢查。由於這樣就有了更大的體積(與原方案相比+90%),壓力不再達到300bar,而是可以降低到160bar。

 

隨後進行的實驗顯示模擬和實驗之間有很好的一致性。下一步的工作是按照比例製作模型。雖然一米版本的模型機已經在飛行,但正在風洞中進行進一步的測試和研究。同時,一個兩米版本模型機正在準備中,以便在2021年底實現大型無人機的試飛。


  
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