بررسی عددی تاثیر شرایط عملیاتی مختلف بر عملکرد هواپیمای بدون سرنشین با سیستم پیشرانش پیل سوختی به‌کمک روش طراحی آزمایش

در پژوهش حاضر به مطالعه تاثیر شرایط عملکردی مختلف بر راندمان یک پهپاد با پیشرانش پیل سوختی غشای پلیمری با استفاده از روش طراحی آزمایش پرداخته شده‌است. بدین منظور ضمن طراحی یک سیکل ترمودینامیکی بر مبنای مطالعات گذشته، استک پیل سوختی مفروض به‌صورت صفربعدی شبیه‌سازی و مدل عددی اعتبارسنجی شده‌است. در ادامه معادلات ترمودینامیکی حاکم برای کلیه اجزای سیکل نوشته شده و راندمان استک پیل سوختی و سیستم محاسبه گردیده‌است. به‌منظور بررسی تاثیر شرایط عملیاتی مختلف بر راندمان پیل سوختی و سیستم و بهینه‌سازی، روش رویه پاسخ و طرح مرکب مرکزی مورد استفاده قرار گرفته‌است. بدین منظور ارتفاع عملیاتی، فشار کاری و نرخ استوکیومتری کاتد به‌عنوان پارامترهای مستقل ورودی و راندمان استک پیل سوختی و کل سیکل ترمودینامیکی به‌عنوان پاسخ درنظر گرفته شده‌اند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که افزایش فشار کاری سبب افزایش راندمان استک پیل سوختی و سیکل به ترتیب به میزان ٪3/5 و ٪14/5 می‌شود. از سوی دیگر هرچند افزایش استوکیومتری کاتد بهبود عملکرد پیل سوختی را درپی دارد، اما سبب کاهش شدید (حداکثر ٪30/6) راندمان سیکل می‌گردد. بررسی تاثیر ارتفاع عملیاتی بیانگر این نتیجه است که اثرات افزایش ارتفاع بر راندمان پیل سوختی قابل صرفنظر است، اما با افزایش ارتفاع عملیاتی راندمان سیکل بیش از ٪30 کاهش می‌یابد. بر مبنای نتایج این مطالعه در هر ارتفاع عملیاتی برای یک پهپاد، بیشترین راندمان زمانی حاصل می‌شود که فشار کاری در کران بالا و نرخ استوکیومتری کاتد در کران پایین قرار گیرند.

numerical investigation of the influence of operating conditions on the performance of pemfc powered unmanned aerial vehicle (uav): a statistical approach

in this research, the effect of various operating conditions on the performance of an unmanned aerial vehicle (uav) with a pemfc propulsion system is surveyed using a statistical approach, namely the design of experiment technique (doe). results indicate that increasing operating pressure improves the efficiency parameter for both the pemfc and the system 3.5% and 14.5% respectively. although increasing cathode stoichiometry augments the pemfc efficiency, it plummets the system efficiency up to 30.6%. in addition, the influence of operating altitude on the pemfc efficiency is negligible, while it causes a substantial decline in the system efficiency (more than 30%). as proved, at any desired operating altitude, maximum efficiency for the system obtains when the operating pressure and cathode stoichiometry are set at their maximum and minimum bound, respectively.