Unither 扩大氢电直升机飞行包线

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作者：肯·斯沃茨

联合生物电子公司（Unither Bioelectronics）近期扩大了其“质子力项目”（Project Proticity）氢燃料电池动力罗宾逊 R44 (H2R44) 技术验证机的飞行包线，目标是支持零排放 R66 的开发和认证，使其能够执行 200 海里（370 公里）的移植器官运输飞行。

4 月 10 日，试飞员里克·韦伯驾驶 H2R44 在加拿大魁北克省蒙特利尔以东 80 公里的罗兰·德苏尔迪机场完成了首次起落航线飞行。

肯·斯沃茨照片

完成起落航线飞行通常算不上航空新闻，但如果是世界上第一架氢电直升机时，那就另当别论了。

“此次飞行的重要性在于，我们能够证明直升机在功率管理方面要求最高的各个飞行阶段 - 即悬停、悬停滑行、爬升和着陆 - 均能实现稳定、可靠、可重复且安全的性能表现。”联合生物电子公司项目管理副总裁米凯尔·卡迪纳尔表示。

H2R44 的研发工作始于 2022 年，地面测试于 2023 年 12 月在布罗蒙特开始。在随后的两年里，进行了 150 多次动力测试，其中“大部分是使用系留装置进行的地面测试，使我们能够模拟真实的飞行功率条件。”卡迪纳尔说。

之后，在 2025 年 3 月 27 日，韦伯驾驶这架燃料电池动力 R44 原型机进行了首次飞行，这是一次短暂但稳定的 3 分 16 秒试飞。

2026 年 5 月 4 日，H2R44 在魁北克省罗兰-德苏尔迪机场第二次起落航线飞行。联合治疗公司照片

在首飞后的一年里，H2R44 推进系统的设计得到了完善，包括对低温和高温冷却系统、飞机电源管理系统软件以及氢气供应系统进行迭代改进，以实现向燃料电池稳定供气。

“在真正的垂直起降（VTOL）运行中，关键挑战之一是在悬停状态下实现充分的热管理，因为此时几乎没有冲压气流来辅助冷却燃料电池系统。”卡迪纳尔说，“这使悬停状态在热管理和动力系统集成方面都极具挑战性。”

飞行测试和工程团队在试飞前还研究了许多故障模式，例如飞行中两个燃料电池中的一个失去动力。

像 Joby 和 Alikai 这样的少数公司已经实现了无人驾驶电动垂直起降（eVTOL）飞行，但“在有人驾驶氢燃料垂直起降（VTOL）领域，我相信我们处于领先地位。”卡迪纳尔说，“还没有其他公司进行过如此全面的系统安全分析，从而获得有人驾驶氢燃料 VTOL 飞行许可。”

5 月 4 日，《垂直》杂志受邀前往位于布罗蒙特的联合生物电子总部，现场观摩 H2R44 的第二次起落航线飞行，并与联合治疗公司（United Therapeutics Corp - 联合生物电子的母公司）董事长兼首席执行官玛蒂娜·罗斯布拉特博士会面。

联合治疗公司董事长兼首席执行官玛蒂娜·罗斯布拉特博士在 H2R44 前发表讲话。肯·斯沃茨照片

去年，联合治疗公司营收创下 31.8 亿美元纪录，较 2024 年增长 10.6%。目前，该公司营收主要来自用于延缓器官移植需求的药物，但同时也在开发实验室培育的人造器官，以解决移植器官严重短缺问题，重点方向包括异种移植（使用基因改造的猪器官）、再生医学和 3D 生物打印。这些可移植器官包括心脏、肺、肝脏和肾脏。

移植器官的保存期限只有 12 小时，“因此，器官的运输物流是业务不可或缺的一部分。”罗斯布拉特告诉《垂直》杂志，“随着我们扩大器官制造规模，预计每年需要数千架次器官运输飞行，我们希望尽可能减少碳排放。”

2015 年，罗斯布拉特构想了一套使用无人机和电动飞机的零排放器官运输系统，但大多数传统飞机制造商拒绝了这一想法。

于是，该公司赞助了 Tier 1 Engineering 开发了全球首架电池动力 R44 直升机，以了解其中的技术挑战。这家生物技术领军企业也是多家 eVTOL 公司的早期投资者，其中包括位于佛蒙特州的 BETA Technologies。

转向氢动力

2016 年至 2022 年间，罗斯布拉特的公司在加利福尼亚资助开发了三代电池动力 eR44 直升机，最终于 2022 年 10 月 29 日实现了全球首次全电动直升机越野飞行，飞越了风景秀丽的科切拉山谷。

这次飞行由韦伯和罗斯布拉特博士共同驾驶，在 20 分钟内飞行了 24 英里（39 公里），但很明显，使用当前一代电池，eR44 永远无法完成 200 海里（370 公里）的器官运送任务。

公司悄然转向氢动力，因为他们意识到，按重量计算，氢的能量密度是航空煤油的 3 倍，电池的大约 100 倍。

压缩氢气罐位于机身尾部尾梁下方。肯·斯沃茨照片

罗斯布拉特指派联合生物电子公司负责 H2R44 燃料电池集成工作，该项目名为“质子力项目”（Project Proticity）。“质子力”（Proticity）一词源于生物学，指的是质子穿过细胞线粒体内膜的流动，这种流动驱动着能量的合成。这一现象与质子穿过燃料电池膜电解质的流动相似。

自 2019 年以来，该公司在布罗蒙特的机库一直在测试飞行和评估用于器官运送的小型和大型无人机，其中包括重达 1,400 磅（650 公斤）的亿航 216 eVTOL。

罗斯布拉特表示，公司选择魁北克省作为其航空脱碳工作总部，是因为这里拥有庞大的航空航天产业集群，包括贝尔、庞巴迪和 CAE 等公司，而且该省在绿色水力发电方面处于领先地位，并致力于发展绿色氢能经济。

她表示：“除了减少大气碳排放的益处外，我们相信氢电飞机和电池电动飞机的运营成本将显著低于使用航空煤油的传统飞机。而对于成千上万次的器官运输飞行来说，降低运营成本是一个重要因素 - 无论是涡轮发动机与电动机的每小时成本对比，还是维护周期。”

演示飞行

5 月 4 日上午 11 点 34 分，试飞员里克·韦伯在布罗蒙特的细雨中，驾驶经过大幅改装的 R44 直升机升至悬停状态，而公司另一架 R66 伴飞直升机则在上方盘旋。

韦伯滑行至 23R 跑道末端，过渡到前飞状态，爬升至 500 英尺（150 米），并在 5,004 英尺（1,525 米）长的跑道上空完成了一次右起落航线飞行。随后是一次浅进近着陆，并进行了一英里长的空中滑行返回初始起飞点。

H2R66 与伴飞直升机 - 一架罗宾逊 R66 - 并肩飞行。肯·斯沃茨照片

直升机发出的唯一噪音来自主桨和尾桨，同时直升机从与燃料电池堆水净化系统相连的排气管中排出水蒸气。

回到联合生物电子公司机库内，卡迪纳尔表示，开发氢电飞机的主要障碍之一是缺乏公开的飞行测试数据，这意味着该技术的真实状态尚不明确。

他解释说，目前最先进的高压复合材料氢气罐的燃料容量非常有限，只能容纳几公斤气态氢。

他说：“虽然这使得续航能力有限，但足以在起落航线模式下进行短途飞行测试，以获取燃料电池性能所需的缺失数据，从而为后续进一步扩展液态储氢技术打下基础。”

联合生物电子公司项目管理副总裁米凯尔·卡迪纳尔（左）与试飞员里克·韦伯（右）。肯·斯沃茨照片

此外，H2R44 还配备了一个电池增压包，“用于在极短时间内平滑瞬态功率需求，例如当飞行员施加明显的反扭矩输入时。”卡迪纳尔说，“对于起落航线剖面，我们着陆时电池电量仍高于 80%。因此，大部分飞行时间都依靠燃料电池供电完成。”

电池还可作为备用电源，当其中一个燃料电池失效时，它能提供电力以执行带动力持续安全飞行和紧急下降。

H2R44 的电动动力系统受益于电池电动 eR44 六年的研发工作，许多电气系统被移植到了一架加拿大注册的 R44 上，包括一台转速与 R44 原装莱康明活塞发动机相近的 magniX 250 电动机。

该燃料电池系统由五个主要部件组成，其中最大最重的是安装在客舱内的两台并联质子交换膜（PEM）燃料电池。它们通过以氢气和空气为反应物的化学反应产生电能。子系统包括进气系统、低温冷却系统、氢气供给系统和高温冷却系统。

联合生物电子照片

进气系统将经过过滤、压缩、冷却并经加湿器处理后的氧气输送至燃料电池的阴极侧。

低温冷却系统用于冷却进气道中的阴极中间冷却器以及 magniX 电机，后者使用流经一个小型散热器的冷却液来冷却。

氢气系统从 700 巴（10,000 psi）的外部储罐向燃料电池阳极侧供应气态氢，氢气经过一个高压调节器降低压力。进入燃料电池堆的流量根据功率需求进行调节，其排放物包括水和未使用的氢气，这些氢气被分离出来，与新鲜氢气混合后返回燃料电池堆。

联合生物电子照片

高温冷却系统用于冷却燃料电池堆，与活塞式或涡轮发动机不同，它不会产生大量废气来散热。它是动力装置中第二重的部件，使用两个安装在直升机外部的超大型冷却风扇来散热，但这增加了阻力。

H2R66 项目

在未来六个月内，一个容量为 1,500 美制加仑（5,700 升）的液氢（低温）储罐将安装在联合生物电子的试飞机库旁。它将用于为今年晚些时候在 H2R44 上开始飞行的一个新液氢罐加注。与此同时，该公司工程师将完成 H2R66 的设计，并开始对目前用作伴飞直升机的 R66 进行改装。

之所以选择 R66，是因为它的总重大于 R44 - 2,700 磅（1,225 公斤）对 2,500 磅（1,135 公斤）- 而且它的机舱更大，可以容纳内部液氢储罐。

卡迪纳尔表示，将储罐整合到 R66 中可能是团队面临的最大技术挑战，其次是重新设计目前安装在直升机侧面的大型冷却系统。

H2R66 的示意图，它将采用位于发动机舱内的流线型冷却系统。

H2R66 将采用新型 magniX Helistorm 电动机，该电动机重量仅为 75 公斤（165 磅），峰值功率可达 330 千瓦。其运行转速为 6,000 至 7,000 转/分，这使得它很容易与 R66 的主传动系统集成，该传动系统通常由劳斯莱斯 RR300 涡轴发动机提供动力。

H2R66 还将采用位于发动机舱内的流线型冷却系统，融入后座舱顶部的机身中。

罗斯布拉特表示，一项五年计划将由联合生物电子牵头开发 H2R66，并根据变更产品规则（作为“重大变更评估”，而非“实质性变更”）向加拿大交通部申请补充型号合格证（STC），用于将氢系统改装到 R66 上。

卡迪纳尔估计，H2R66 直升机飞行 200 英里（320 公里）大约需要 20 公斤氢气。他表示，公司目前正在研究如何在 D 级和 E 级机场为 H2R66 加注氢气，并补充说，“我们不打算在医院的直升机停机坪上给飞机加注氢气”。

该公司设想在距离医院 15 至 20 英里（24 至 32 公里）的范围内设立加氢站。

2025 年初，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了首例转基因猪肾移植人体临床试验。预计未来将有更多临床试验和审批通过。

一旦获得认证，这架直升机将与 Beta Alia 飞机一起用于在美国和加拿大运送器官。

BETA Technologies 照片

Beta Technologies 已经与联合生物电子合作，共同参与其七个由美国联邦航空管理局和美国交通部赞助的 eVTOL 集成试点计划 (eIPP) 中的一项演示，该计划将于今年晚些时候启动。

这将涉及一架电池电动常规起降（eCTOL）飞机 Beta Alia 从弗吉尼亚州布莱克斯堡附近的器官制造工厂飞往马里兰州巴尔的摩附近的马丁州立机场，全程 260 英里（420 公里）。“这是在不进入 B 级空域的情况下，尽可能接近巴尔的摩所有移植医院的地点。”罗斯布拉特说。她认为，器官运输飞行比载客空中出租车更容易获得监管部门的批准。

罗斯布拉特表示：“在用这架直升机实现可靠的日常氢电越野飞行之后，我们将能够迈出下一步……将自主飞行能力引入到这架飞机中。”

“我相信我们的器官运送任务是自主飞行的最佳案例，因为与直升机随意飞往各个地方不同，我们是从制造器官的地点飞往移植医院，再返回。因此，飞行路线是固定且重复的。”

来源：Unither expands flight envelope of hydrogen-electric helicopter. By Ken Swartz. Vertical Plus Mag. May 15 2026. 略有修改。非原文配图及视频来源于网络。

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