AG体育北京航空航天大学已经开发出一款世界上最小最轻的太阳能无人机CoulombFly,仅靠自然光就能持续飞行,未来将通过微型锂离子电池电池,或白天太阳能、晚上无线电能量来实现无限期的永久飞行,研究成果已发表在7月18日《自然》杂志上。
此前这一赛道的最好成绩,是哈佛大学的Robobee飞行器,但需要三倍太阳光的人工光源才能持续飞行,北航的无人机已真正实现只靠自然光飞行,具有极为广阔的应用前景。
具体来说,此前的无人机都使用电磁电机,越微型化就需要转速越快,会导致发热增高,能量转化率急剧下降,再加上大面积太阳能电池板的重量,最终会导致无法飞行,目前鲜有飞行时间能超过10分钟的太阳能微型无人机。
北航研究人员创造性地开发了一种静电电机,这种电机由两个嵌套环组成,内环是带有64个栅格的旋转转子,由覆盖铝箔的碳纤维板制成;外环有8对正负电极板,也用同样的材料制成。
由于产生静电需要极高的电压,研究人员通过简单的电路将电压提高到了6000V到9000V。
静电电机通过外环电刷给内环充电AG体育,不断产生和释放电荷,让板条互相吸引和排斥来产生扭矩,输出到转子上方直径20厘米的旋翼,使其高速旋转来产生升力,两个高功率密度的砷化镓薄膜太阳能电池板则放在下方,尺寸为4厘米×6厘米,质量0.48克,能量转换效率超过30%。
整个飞行器仅重4.21克,可以产生5.8克的升力,能够支持额外1.59克的有效载荷,未来可能提高到4克,如果改用四轴飞行器或固定翼,最多可以提高到30克,可以说大有可为。比如配置一个微型锂离子电池,实现昼夜24小时持续飞行。
在自然阳光下的实际测试中,CoulombFly可以在1秒内起飞,持续飞行1小时而不降低性能。
研究人员还在研发一款更小的无人机,尺寸为8毫米,重量为9毫克,和一个蚊子差不多大。
简直是不明觉厉啊,这可能是微型飞行器领域的重大技术突破,前景不可限量,比如长距离、长时间的空中侦察、管道内部监测、环境监测、灾害评估、农业监测、野生动物研究等。
甚至可以用于金星的大气层探测,因为金星大气层更浓密,阳光更强烈,微型无人机可以更轻,效率更高,载荷更大。
当然,CoulombFly目前还是裸机,也就是说没有控制系统,无法转向,只能随风漂流,还需更多打磨才能投入实际应用。
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