目的驱动——氢动力直升机从R44到R66

United Therapeutics与罗宾逊直升机合作，启动了Project Proticity项目，开发和认证一种由氢燃料电池驱动的直升机，这是一家生物技术公司为加强其救生任务而采取的一条不同寻常的道路。

可移植器官的严重短缺和快速输送是医学界最持久的挑战之一。该供应链每年需要数千次航班，因此United Therapeutics希望尽量减少这些救命物资的碳足迹。努力的核心是其加拿大子公司Unither Bioelectronics，其帮助指导了该项目从电推进实验到实现世界上第一架氢燃料电池动力直升机的有人驾驶飞行。

最终目标是开发一种更大的零排放直升机，能够携带飞行员、救生器官，并可能携带更多货物或人员执行航程超过200海里的任务。

寻找飞机的任务

寻找零排放飞机进行紧急器官输送的研究可以追溯到2015年，当时联合治疗公司支持了几个AAM项目。这家生物技术公司成为Beta Technologies的早期投资者和客户，同时赞助了Tier 1 Engineering将Robinson R44从活塞动力转换为电池动力推进。现在将Project Proticity描述为近十年前开始的电池动力R44项目的自然延续。

三代电池动力R44最终为电推进提供了一个有价值的飞行实验室。该计划最终于2022年10月在加利福尼亚州科切拉山谷进行了24英里、20分钟的转场飞行。电池动力R44仍然无法满足实用器官运输网络所设想的200海里飞行范围。对更大范围的探索促使Unither投资于氢能。

Unither生物试飞团队及其Project Proticity氢燃料电池驱动的Robinson R44演示机

2022年，氢动力原型开始工作。到2023年12月，其开始在魁北克省布罗蒙特的铁鸟测试装置进行燃料电池地面运行。2024年5月，Unither宣布了将氢推进技术整合到R44中的工作。Unither团队在2024年进行了150多次功率测试，其中许多测试使用了地面固定装置，使工程师能够在代表性的飞行功率条件下循环推进系统。

2025年3月27日，试飞员Ric Webb在布罗蒙特罗兰-德索迪机场将改装后的R44升空，创造了历史，这标志着氢燃料电池直升机首次载人飞行。这次飞行只持续了3分16秒，但它展示了使用氢动力进行稳定的有人驾驶悬停和机动。

Unither利用2025年剩余时间改进推进系统，包括其低温和高温冷却回路、氢气供给系统和电源管理软件。这架飞机从悬停到悬停滑行、爬升和下降、机动和前进飞行，速度高达70kt。2026年4月10日，再次完成了飞机在罗兰-德索迪机场的第一次完整飞行。并于5月4日进行了第二次巡回飞行。这些氢直升机飞行产生了氢航空界急需的独特数据。

2026年5月，Unither透露R44已成为一个全面的研究平台。马里兰大学等人发表了论文“通过飞行测试和分析探索全尺寸氢燃料电池驱动的直升机”（VTOL圈平台可下载：https://wvul7.xetslk.com/s/neqbA）。该工作以新颖的技术细节记录了飞行飞机的架构和性能，包括燃料电池电气特性、氢消耗、部件重量、散热器阻力以及悬停和前进飞行中的飞机功率要求。

UT H2eR44是一架由氢燃料电池驱动的改良罗宾逊R44直升机，于2025年3月27日在加拿大魁北克省布罗蒙特首次飞行

Proticity项目已经是一项开创性的努力，因为可用于验证预测的全面、同行评审的氢飞行数据相对较少或根本没有。一旦包括电池堆及其配套的空气和冷却系统以及散热器，整个燃料电池系统的比功率约为0.63 kW/kg。热管理仍然是主要的重量驱动因素，而今天的700巴压缩气态氢储存为预期的飞行任务提供的能量不足。R44只是一个前奏；一种用于了解如何最好地开发能够满足器官输送高要求的输送飞机的仪器。

通往R66的道路

Unither的下一步是开发一种基于更大的Robinson R66的氢电动飞机，与R44相比，其最大总重量略高。R66上的额外内部容积对于容纳液氢储存和燃料电池辅助系统也至关重要。与当前演示机中使用的压缩气态氢相比，液态氢提供了更好的储存潜力。然而，将液氢保持在低温下给R66带来了一系列不同的工程挑战。

使用基于R44飞行测试数据的模型，Maryland-Unither团队正在探索和扩展R66级改装可以实现的目标。他们的研究结果表明，如果储氢系统能够针对直升机的特定需求进行优化，使用当前燃料电池技术的液氢飞机可以在200海里的任务中携带大约300-600磅的有效载荷。

发电重量与电池工作电压；符号是Unither的测试数据，线条是马里兰大学的模型

魁北克的Project Proticity飞行测试帮助马里兰大学Alfred Gessow旋翼机中心的研究人员工程改进将为Unither的下一架氢飞机带来最大的回报。当R44飞行试验项目的经验教训应用于一架适合器官运输关键任务的飞机时，Unither不仅在推进最先进的技术，还在通过支持垂直升降卓越研究中心的学生来投资VTOL教育。

开辟一条不同的道路

在多年的电池动力R44测试中吸取的经验教训为氢电动飞行奠定了基础。例如，Unither不能简单地在R44上更换能源，因为氢能改变了电动飞机的架构。

Unither R44配置为质子交换膜（PEM）燃料电池供应氢气，在那里与氧气发生电化学反应产生电力。这些电力最终为直升机的电动机提供动力。该反应不会从飞机上产生二氧化碳或氮氧化物排放。

一个完整的燃料电池动力装置需要的不仅仅是燃料电池堆。它需要一个供气系统、氢输送和调节、水管理和大量的热管理硬件。与利用气流和热交换器的传统内燃机不同，通过热排气产生的热量相对较少。必须主动去除燃料电池系统产生的大部分热量。这对直升机来说尤其具有挑战性。

对于R44演示机，Unither安装了两个并联的PEM燃料电池堆，由单独的低温和高温冷却系统支撑。大型外部安装的冷却系统成为飞机最具视觉特色的特征之一，也是其最大的空气动力阻力来源之一。直升机还携带了一个电池增压包。然而，电池不是用电池为整个任务供电，而是在短暂的瞬态需求期间提供补充电力，例如激进的反扭矩输入，而燃料电池则提供大部分任务能量。

有目的的创新

自United Therapeutics开始探索零排放垂直飞行近几十年以来，其仍然专注于快速、可靠和可持续地运输救生器官。这种明确的目的可能解释了为什么Proticity项目取得了进展，而如此多的先进飞机概念仍然局限于演示和计算机模型。

通往可认证的200海里氢电动直升机的道路还远未完成。热管理必须改进。液氢储存必须成熟。必须制定认证要求，运营机队所需的经济性和基础设施最终必须证明是可行的。航空航天业传统上依靠军事要求和政府研究计划来推动最雄心勃勃的技术进步。今天旋翼机推进方面最重要的实验之一正在魁北克的一个机库里进行，这不是出于防务要求，而是一家试图解决医疗物流问题的生物技术公司。

垂直飞行的下一次变革可能不会来自行业预期的地方。最具变革性的飞机有时会从几乎与航空无关的任务开始。