Инновационный сверхлегкий дрон CoulombFly, питаемый солнечной энергией, способен автономно зависать в воздухе благодаря уникальной конструкции с электростатическим двигателем и эффективными солнечными элементами.
Солнечный мини-дрон
Революционная разработка
Группа ученых представила инновационный беспилотник CoulombFly, способный поддерживать автономный полет при наличии солнечного света. Уникальность аппарата заключается в его конструкции, объединяющей фотоэлементы, преобразователь напряжения и электростатический мотор, приводящий в движение пропеллер, подобно вертолетному. Все элементы подобраны с учетом оптимального баланса производительности, массы и эффективности использования солнечной энергии.
Ограничения и особенности
На данном этапе CoulombFly является экспериментальным образцом с рядом ограничений. Отсутствие бортовой системы управления позволяет ему лишь пассивно перемещаться по воздушным потокам. Компоненты дрона отличаются хрупкостью и малой толщиной. CoulombFly можно считать одним из самых легких беспилотников в мире - его масса составляет всего 4,21 грамма. Подробности исследования опубликованы в журнале Nature.
Инновационный двигатель
В отличие от большинства дронов, использующих электромагнитные двигатели с тяжелыми металлическими катушками, создатели CoulombFly сфокусировались на разработке легкого электростатического мотора. Его принцип работы основан на притяжении и отталкивании электрических зарядов. Конструкция включает внутреннее кольцо неподвижных заряженных пластин (статор) из тонкого углеволокна с алюминиевым покрытием. При работе соседние пластины имеют противоположные заряды. Вокруг статора размещено кольцо из 64 подвижных пластин.
Принцип работы
Двигатель активируется при зарядке пластин внешнего кольца. Поскольку одна из ближайших пластин статора гарантированно имеет противоположный заряд, начинается вращение. При максимальном сближении пластин статора и ротора тонкие проводники обеспечивают контакт, позволяя зарядам перераспределяться. Это гарантирует, что пластины статора и ротора получат одинаковый заряд, превращая притяжение в отталкивание. Такая система требует минимального тока, но нуждается в высоком напряжении между пластинами.
Технические характеристики
Пропеллер диаметром 10 см с 8 лопастями создает подъемную силу 5,8 г, что определяет параметры проектирования остальных компонентов. Солнечные элементы изготовлены из тонкопленочного арсенида галлия, обеспечивающего высокую эффективность преобразования энергии - 30%, что превосходит другие фотоэлектрические материалы. Батареи генерируют относительно высокий ток при низком напряжении, что требует использования трансформатора.
Энергоэффективность и конструкция
Разработчики пожертвовали эффективностью ради уменьшения массы. Созданная серия преобразователей напряжения весом всего 1,13 г повышает напряжение с 4,5 В до 9,0 кВ, но эффективность преобразования составляет лишь 24%. В результате конструкция CoulombFly представляет собой цилиндрический двигатель с пропеллером сверху и платформой с солнечными элементами снизу, уравновешенной преобразователем энергии.
Испытания и результаты
Тестирование дрона проводилось в солнечный день путем запуска из окна. Беспилотник поднялся в воздух и зависал более часа, демонстрируя способность продолжать полет при достаточном солнечном освещении. Для поддержания полета требовалось 0,568 Вт мощности. С учетом общей массы 4,21 г, это обеспечивает эффективность 7,6 г/Вт. Однако значительная часть энергии теряется при преобразовании напряжения. Двигателю необходимо всего 0,14 Вт, что дает ему эффективность более 30 г/Вт. Имеющийся запас позволяет добавить дополнительные компоненты, например, систему управления.
Миниатюрная версия
Также была создана миниатюрная версия конструкции высотой всего 8 мм и массой 9 мг, способная генерировать 1 мВт мощности и вращать винт со скоростью более 15 000 оборотов в минуту.
Глоссарий
- CoulombFly - инновационный сверхлегкий дрон, способный автономно зависать в воздухе, питаясь от солнечной энергии.
- Nature - престижный научный журнал, в котором было опубликовано исследование о CoulombFly.
- Арсенид галлия - полупроводниковый материал, используемый для создания высокоэффективных солнечных элементов.
- Электростатический двигатель - тип двигателя, работающий на принципе притяжения и отталкивания электрических зарядов.
- Статор - неподвижная часть электрического двигателя, состоящая из заряженных пластин.
Ссылки
Ответы на вопросы
Что такое CoulombFly и в чем его уникальность?
Как работает электростатический двигатель CoulombFly?
Какие источники энергии использует дрон?
Какова производительность CoulombFly?
Какие перспективы развития у технологии CoulombFly?
Хештеги
Сохрани ссылку на эту статью
Обсуждение темы – Революционный дрон CoulombFly: Бесконечный полет на солнечной энергии
Исследователи разработали инновационный сверхлегкий дрон CoulombFly, способный работать автономно, используя солнечную энергию. Уникальная конструкция беспилотника сочетает солнечные батареи, преобразователь напряжения и электростатический двигатель, что позволяет ему зависать в воздухе неограниченное время при наличии солнечного света.
Нет комментариев.
Написать комментарий
Ваш адрес электронной почты не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *