АККУМУЛЯТОР ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ КАПИЛЛЯРНЫХ И МУЛЬТИКАПИЛЛЯРНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Устройство относится к классу энергетических установок для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), таких как мультикоптеры и дроны, целью которого является увеличение времени и безопасности их полетов за счет увеличения содержания водорода в аккумуляторе при сохранении его весовых и габаритных характеристик.
В настоящее время для БПЛА наиболее распространенными источниками электрической энергии являются литий-полимерные или никель-полимерные аккумуляторные батареи (http://www.customelectronics.ru/chast-3-vse-ob-akkumulyatorah-dlya-kvadrokopterov/).
Наиболее близким прототипом является энергетическая установка для квадрокоптера Hycopter фирмы Horizon Unmanned Systems (HUS), подразделение сингапурской группы компаний Horizon, которая была представлена на выставке Unmanned Systems 2015 («беспилотные системы»). Отличительная особенность квадрокоптера от HUS - это использование водорода для генерации электрического тока с помощью легких и эффективных топливных элементов. Полые конструкционные элементы квадрокоптера (рама), которая придает жесткость конструкции квадрокоптера и служит обычно основой для крепления аккумуляторных батарей и вспомогательного оборудования, была использована также как контейнер водорода емкостью 4 литра (https://geektimes.ru/post/250768/).
К недостаткам этого решения является отсутствие возможности создания высокого давления водорода в полых рамах квадрокоптера, а, следовательно, и содержания в них большого количества водорода.
Для достижения высокого, компактного и относительно безопасного мобильного хранения водорода на борту квадрокоптера предлагается использовать капиллярные и мультикапиллярные структуры, размещенные в полых элементах конструкции БПЛА: рамах квадрокоптеров, крыльях дронов, или на внешних подвесках. Как известно, капиллярные и мультикапиллярные емкости из высокопрочных сортов стекла, базальта и кварца являются практической альтернативой существующим баллонам из стали и композитных материалов. Они обладают низким коэффициентом диффузии водорода через их стенки, выдерживают давления в 1000 и более атмосфер, что обеспечивает рекордное весовое содержание водорода в них по сравнению с другими известными способами мобильного хранения водорода. Поскольку объем хранящегося, а мультикапиллярных структурах водорода разбит на множество мелких объемов, соответствующее числу капилляров, то уменьшается вероятность мгновенного выброса большого количества газа в атмосферу при аварийном разрушении части емкости и тем самым повышается безопасность хранения газа под большим давлением.
В отличии от обычных газовых баллонов высокого давления из стали или композитных материалов, которые имеют цилиндрическую, сферическую или тороидальную форму, емкости из мультикапилляров могут иметь произвольную форму (шестигранную, плоскую и т.д.). В результате они могут быть размещены в любых полых элементах конструкций БПЛА.
Гибкие капилляры и мультикапилляры представляют собой также газопровод высокого давления от места хранения водорода до топливного элемента, не требующий соединительных муфт при прокладке по извилистому пути.
Конструктивно капиллярные структуры с возможностью их заполнения водородом и извлечением его для подачи на топливные элементы должны сбалансированно размещаться в БПЛА, сохраняя центр тяжести системы в целом:
1) аккумулятор водорода выполнен в виде капиллярного блока и расположен в центре рамы квадрокоптера (фиг. 1);
2) аккумулятор водорода выполнен в виде мультикапиллярных матриц, расположенных на раме симметрично относительно центра квадрокоптера, расположение мультикапиллярных матриц вертикальное (фиг. 2);
3) аккумулятор водорода выполнен в виде мультикапиллярных матриц, расположенных на раме симметрично относительно центра квадрокоптера, образуя горизонтальный четырехугольник (многоугольник), прикрепленный к раме (фиг. 3).
4) аккумулятор водорода выполнен в виде тора, намотанного из одного или пучка капилляров и прикрепленного к раме в горизонтальном положении (фиг. 4).
5) аккумулятор водорода выполнен в виде спирали, сбалансированной относительно центра квадрокоптера, намотанной из одного или пучка капилляров и прикрепленной к раме в горизонтальном положении.
6) аккумулятор водорода в виде капиллярной структуры размещен в полых элементах рамы квадрокоптера.
Перечисленные устройства представлены на фиг. 1-4, где:
1 - аккумулятор водорода.
Капиллярные структуры с диаметром капилляров на уровне 200 мкм представляют собой пламягасящие структуры.