بررسي عددي تأثير شرايط عملياتي مختلف بر عملكرد هواپيماي بدون سرنشين با سيستم پيشرانش پيل سوختي به‌كمك روش طراحي آزمايش

در پژوهش حاضر به مطالعه تأثير شرايط عملكردي مختلف بر راندمان يك پهپاد با پيشرانش پيل سوختي غشاي پليمري با استفاده از روش طراحي آزمايش پرداخته شده‌است. بدين منظور ضمن طراحي يك سيكل ترموديناميكي بر مبناي مطالعات گذشته، استك پيل سوختي مفروض به‌صورت صفربعدي شبيه‌سازي و مدل عددي اعتبارسنجي شده‌است. در ادامه معادلات ترموديناميكي حاكم براي كليه اجزاي سيكل نوشته شده و راندمان استك پيل سوختي و سيستم محاسبه گرديده‌است. به‌منظور بررسي تأثير شرايط عملياتي مختلف بر راندمان پيل سوختي و سيستم و بهينه‌سازي، روش رويه پاسخ و طرح مركب مركزي مورد استفاده قرار گرفته‌است. بدين منظور ارتفاع عملياتي، فشار كاري و نرخ استوكيومتري كاتد به‌عنوان پارامترهاي مستقل ورودي و راندمان استك پيل سوختي و كل سيكل ترموديناميكي به‌عنوان پاسخ درنظر گرفته شده‌اند. نتايج اين مطالعه نشان مي‌دهد كه افزايش فشار كاري سبب افزايش راندمان استك پيل سوختي و سيكل به ترتيب به ميزان ٪3/5 و ٪14/5 مي‌شود. از سوي ديگر هرچند افزايش استوكيومتري كاتد بهبود عملكرد پيل سوختي را درپي دارد، اما سبب كاهش شديد (حداكثر ٪30/6) راندمان سيكل مي‌گردد. بررسي تأثير ارتفاع عملياتي بيانگر اين نتيجه است كه اثرات افزايش ارتفاع بر راندمان پيل سوختي قابل صرفنظر است، اما با افزايش ارتفاع عملياتي راندمان سيكل بيش از ٪30 كاهش مي‌يابد. بر مبناي نتايج اين مطالعه در هر ارتفاع عملياتي براي يك پهپاد، بيشترين راندمان زماني حاصل مي‌شود كه فشار كاري در كران بالا و نرخ استوكيومتري كاتد در كران پايين قرار گيرند.