續(xù)航能力關(guān)乎無人機的“生命力”,太陽能供能是實現(xiàn)無人機長時續(xù)航的重要路徑之一。北京航空航天大學(xué)科研團隊利用自主開發(fā)的新型靜電電機,成功研制出僅重4.21克的太陽能動力微型無人機,實現(xiàn)純自然光供能下的持續(xù)飛行。相關(guān)成果7月18日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
太陽能驅(qū)動大型無人機飛行已不是新鮮事,然而如何借太陽能驅(qū)動微型無人機一直是業(yè)界難題。當(dāng)前無人機通常采用傳統(tǒng)的電磁電機作為發(fā)動機部件,盡管目前太陽能電板轉(zhuǎn)化率偏低,但大型無人機可裝載大面積太陽能電板,以提供足夠動能;于微型無人機而言,電磁電機在微型化后轉(zhuǎn)速上升、發(fā)熱增高,能量轉(zhuǎn)化率急劇下降,同時由于機身無法承受大面積太陽能電板負(fù)重,導(dǎo)致其無法飛行。
走進北航能源與動力工程學(xué)院實驗室,記者看到,這款微型無人機翼展約20厘米,底部裝有兩片僅不到半個巴掌大小的普通太陽能電池片。它如何實現(xiàn)飛行?
“關(guān)鍵是動力系統(tǒng)。”北航能源與動力工程學(xué)院教授漆明凈說,首要考慮讓動力系統(tǒng)減少熱量損耗,使太陽能電池片產(chǎn)生的電能高效轉(zhuǎn)化為動能。團隊創(chuàng)新性提出一種新型靜電驅(qū)動方案,研制出轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱少、效率高的微型靜電電機,實現(xiàn)微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續(xù)飛行。
漆明凈介紹,靜電電機之所以能減少發(fā)熱,是因為靜電具有高電壓、低電流的特性,電流越小,發(fā)熱越少。“跟冬天穿衣服時的靜電原理一致。衣服上靜電的電壓能達到上千伏甚至上萬伏,但由于電荷少、電流小,產(chǎn)生的電功率小,對人體幾乎無影響。”他說,團隊專門研制出僅重1.13克的超輕質(zhì)高壓電能變換器,將太陽能電池片產(chǎn)生的電壓從4.5伏左右提高至9000伏,打造出靜電系統(tǒng)。
“太陽能微型無人機可實現(xiàn)長航時飛行,未來進一步開發(fā)后,有望在應(yīng)急救援、狹窄空間檢測等場景中應(yīng)用。”北航能源與動力工程學(xué)院教授閆曉軍說。
責(zé)任編輯:趙睿
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