Szárnyaló alternatíva: hidrogén meghajtású drón
A H2 hajtásláncokkal elsősorban mint közúti, közösségi közlekedési alternatívákkal foglalkoztunk eddig, van azonban még egy, napjainkban egyre nagyobb jelentőséget és figyelmet kapó terület, mely szintén rengeteget profitálhat az elektromos hajtás elképesztő rugalmasságának és a nagynyomású hidrogén energiasűrűségének házasságából. Ez az ú.n. UAV-k (Unmanned Aerial Vehicle, közismertebb nevén: drón) világa és piaca.
H2 drón architektúra
A H2 meghajtás architektúrája egy drón esetében lényegében megegyezik egy közúti járműével. A hidrogéngázt nagy nyomáson egy tartályban viszi magával. Ezt táplálják egy üzemanyagcellába, mely elektromos energiát állít elő, melyet kisebb kapacitású akkumulátorok tárolnak. Minthogy a cellák stacioner üzemben, lehetőleg az optimális munkapontjuk környékén üzemelve működnek a leghatékonyabban, a beépített kapacitás gondoskodik a terhelési-igény “simításáról”: felszállás, intenzív gyorsítás, hirtelen széllökés esetén nem szükséges a cella üzemelési paramétereit “rángatni”.
Természetesen lehetséges belsőégésű motoros drónt hidrogén gázzal üzemeltetni, ahogy ez más területeken is előfordul, ez a kialakítás azonban nem tárgya jelenlegi írásunknak.
Ezzel a kialakítással biztosítható, hogy a lehető legtöbb energiát nyerjék ki a H2 gázból, illetve nem szükséges egy túlméretes, nehéz cellát a magasba emelni, hiszen a csúcsteljesítményért az akkumulátorok felelnek. A működési elv tehát meglehetősen egyszerű, hamar szembeötlik viszont, hogy a megvalósításhoz számos alrendszernek kell együttműködnie, ha valóban optimális teljesítményt szeretnénk elérni.
Egyrészt természetesen szükség van egy akku-felügyeleti rendszerre, mely a töltés és fogyasztás finom egyensúlyára ügyel. Másrészt az üzemanyagcella felügyelete is fontos, hiszen ezek az egységek bizonyos időnként (mely több paramétertől és gyártói előírástól függ) regenerációra szorulnak. Ez elvégezhető egyrészt a levegőben, olyan terhelési profillal – tulajdonképpen feszültség-impulzusokkal – mely a cella felületén található oxidréteget feltöri, vagy karbantartás alkalmával, regeneráló szerekkel, oldatokkal.
Ekkor még nem is említettük a különböző DC/DC, AC/DC átalakítókat, melyek a hálózati töltésért és megfelelő feszültségszintek tartásáért felelnek, illetve a hajtás vezérlését, ezek egy “normál”, tisztán elektromos drón esetében is megoldandó feladatok. A rendszer minden komponense érzékeny a szélsőséges hőmérsékletekre, így ezt is folyamatosan felügyelni és szabályozni kell.
Drón méretezése: célok és paraméterek
A hidrogén meghajtás előnyei egy drón alkalmazás számára főleg a repülési idő potenciális meghosszabbításában jelentkeznek. Igaz ugyan, hogy “drága” súlytöbbletet jelentenek, egy helyesen méretezett rendszer azonban bőven kárpótol ezért.
A tervezési paramétereknek (a rotorok, géptest és a küldetéshez tartozó felszerelés integrációját most nem is említve) lehetséges kombinációja szinte végtelen, komoly rendszerismeret és a célok tűpontos meghatározása kell hozzá, hogy végül jól működő egységet alkossanak:
- Milyen nyomású H2 rendszert szeretnénk alkalmazni? Találunk-e megfelelő szabályzót, tartályt, cellát az általunk választott nyomásszinthez?
- Milyen elektromos rendszert építünk fel? 6S vagy 12S (tehát 22 vagy 44 voltos) rendszerben gondolkozunk? Beleillenek-e ebbe a szenzorok, kamerák, melyekkel a drón rendelkezik, vagy további integrációs lépések lesznek szükségesek?
- Mekkora akkumulátor-kapacitást építünk be?
- Milyen lesz a várható terhelési görbe?
A hasonló kérdéseknek se szeri, se száma, de az egyre terjedő H2 drónok jól mutatják, hogy egyre több cég találja meg a tökéletes egyensúlyt a rendszer tömege, teljesítménye és a feladatnak megfelelő repülési idő között, legyen szó akár a mezőgazdaságról, akár a hadiiparról.
Egy kritikus elem: nyomásszabályzás
Bár a pontos érték gyártónként eltérhet, ahhoz, hogy energiahatékony rendszert építhessünk, mindenképpen több száz baros nyomáson kell tárolnunk a H2 gázt (a legelterjedtebb a járűiparból ismert 350 bar). Az üzemanyagcella azonban csak nagyon alacsony túlnyomáson működik, kell tehát egy nyomáscsökkentő, mely áthidalja ezt az igen jelentős különbséget.
Gondoljunk csak bele, milyen elképesztően szigorú követelményeknek kell megfelelnie egy ilyen szelepnek!
- A tartály töltöttségétől függetlenül biztosítania kell a stabil kilépő nyomást, hiszen a cella finom vezérlése csak pontosan ismert belépési paraméterek mellett valósítható meg. A hibátlan ismételhetőség alapkövetelmény.
- Változó környezeti feltételek és dinamikus hatások mellett is pontosan kell szabályoznia.
- Tökéletes zárást kell biztosítania.
- Tökéletesen szivárgásmentesnek kell lennie, hiszen a robbanékony H2 hamar katasztrófát okozhat.
- Egyszerű karbantartás és tökéletes megbízhatóság kell, hogy jellemezze.
A Pressue Tech LW szériáját pontosan ezen követelmények alapján tervezték és gyártják. Könnyített (light-weight, innen a név) kialakításuk egyetlen gramm felesleget sem tartalmaz, így ideális egy drón hajtásláncába. Ezek a termékek nálunk is elérhetőek, különböző nyomásokhoz és kialakításokkal:
Ha Önnek is felkeltette érdeklődését a téma és segíthetünk a jövő drónjának megépítésében, lépjen kapcsolatba velünk!
