Інноваційний надлегкий дрон CoulombFly, що живиться сонячною енергією, здатний автономно зависати в повітрі завдяки унікальній конструкції з електростатичним двигуном та ефективними сонячними елементами.
Сонячний міні-дрон
Революційна розробка
Група вчених представила інноваційний безпілотник CoulombFly, здатний підтримувати автономний політ за наявності сонячного світла. Унікальність апарату полягає в його конструкції, що об'єднує фотоелементи, перетворювач напруги та електростатичний мотор, що приводить в рух пропелер, подібно до вертолітного. Усі елементи підібрані з урахуванням оптимального балансу продуктивності, маси та ефективності використання сонячної енергії.
Обмеження та особливості
На даному етапі CoulombFly є експериментальним зразком із низкою обмежень. Відсутність бортової системи управління дозволяє йому лише пасивно переміщатися повітряними потоками. Компоненти дрону відрізняються крихкістю та малою товщиною. CoulombFly можна вважати одним із найлегших безпілотників у світі – його маса складає всього 4,21 грама. Подробиці дослідження опубліковані в журналі Nature.
Інноваційний двигун
На відміну від більшості дронів, які використовують електромагнітні двигуни з важкими металевими котушками, творці CoulombFly сфокусувалися на розробці легкого електростатичного двигуна. Його принцип роботи заснований на тяжінні та відштовхуванні електричних зарядів. Конструкція включає внутрішнє кільце заряджених нерухомих пластин (статор) з тонкого вуглеволокна з алюмінієвим покриттям. Працюючи сусідні пластини мають протилежні заряди. Навколо статора розміщено кільце з 64 рухомих пластин.
Принцип роботи
Двигун активується під час заряджання пластин зовнішнього кільця. Оскільки одна із найближчих пластин статора гарантовано має протилежний заряд, починається обертання. При максимальному зближенні пластин статора та ротора тонкі провідники забезпечують контакт, дозволяючи перерозподілятися зарядам. Це гарантує, що пластини статора і ротора отримають однаковий заряд, перетворюючи тяжіння на відштовхування. Така система вимагає мінімального струму, але потребує високої напруги між пластинами.
Технічні характеристики
Пропелер діаметром 10 см з 8 лопатями створює підйомну силу 5,8 г, що визначає параметри проектування інших компонентів. Сонячні елементи виготовлені з тонкоплівкового арсеніду галію, що забезпечує високу ефективність перетворення енергії - 30%, що перевершує інші фотоелектричні матеріали. Батареї генерують відносно високий струм при низькій напрузі, що вимагає використання трансформатора.
Енергоефективність і конструкція
Розробники пожертвували ефективністю задля зменшення маси. Створена серія перетворювачів напруги вагою всього 1,13 г підвищує напругу з 4,5 до 9,0 кВ, але ефективність перетворення становить лише 24%. В результаті конструкція CoulombFly є циліндричним двигуном з пропелером зверху і платформою із сонячними елементами знизу, врівноваженою перетворювачем енергії.
Випробування та результати
Тестування дрону проводилося в сонячний день шляхом запуску з вікна. Безпілотник піднявся у повітря і зависав більше години, демонструючи здатність продовжувати політ за достатнього сонячного освітлення. Для підтримки польоту потрібно 0,568 Вт потужності. З урахуванням загальної маси 4,21 г це забезпечує ефективність 7,6 г/Вт. Однак значна частина енергії втрачається при перетворенні напруги. Двигуну необхідно всього 0,14 Вт, що дає йому ефективність більше 30 г/Вт. Наявний запас дозволяє додати додаткові компоненти, наприклад, систему керування.
Мініатюрна версія
Також була створена мініатюрна версія конструкції висотою всього 8 мм і масою 9 мг, здатна генерувати 1 мВт потужності і обертати гвинт зі швидкістю понад 15 000 обертів на хвилину.
Глосарій
- CoulombFly - інноваційний надлегкий дрон, здатний автономно зависати в повітрі, харчуючись від сонячної енергії.
- Nature - престижний науковий журнал, в якому було опубліковано дослідження про CoulombFly.
- Арсенід галію - напівпровідниковий матеріал, що використовується для створення високоефективних сонячних елементів.
- Електростатичний двигун - тип двигуна, що працює на принципі тяжіння та відштовхування електричних зарядів.
- Статор - нерухома частина електричного двигуна, що складається із заряджених пластин.
Посилання
Відповіді на питання
Що таке CoulombFly і в чому його унікальність?
Як працює електростатичний двигун CoulombFly?
Які джерела енергії використовує дрон?
Яка продуктивність CoulombFly?
Які перспективи розвитку у технології CoulombFly?
Хештеги
Збережи посилання на цю сторінку
Обговорення теми – Революційний дрон CoulombFly: Нескінченний політ на сонячній енергії
Дослідники розробили інноваційний надлегкий дрон CoulombFly, здатний працювати автономно, використовуючи сонячну енергію. Унікальна конструкція безпілотника поєднує сонячні батареї, перетворювач напруги та електростатичний двигун, що дозволяє йому зависати у повітрі необмежений час за наявності сонячного світла.
Немає коментарів.
Написати коментар
Ваша адреса електронної пошти не буде опублікована. Обов'язкові поля відмічені *