Концепция конструкции инновационного электростатического двигателя для беспилотника на солнечной энергии размером с ладонь, разработанного китайскими исследователями, основана на явлениях статического электричества, с которыми люди часто сталкиваются в повседневной жизни.
Машина на солнечных батареях была разработана исследователями из Университета Бэйхан в Пекине, известными своим опытом в области авиационных и астронавтических исследований. Его размеры и вес теперь составляют лишь одну десятую и одну шестисотую часть от предыдущего самого маленького и легкого в мире самолета на солнечных батареях, соответственно.
Традиционные микробеспилотники используют электромагнитные двигатели для приведения в действие своих роторов. Однако при перегреве небольшого двигателя на высоких оборотах всегда возникает серьезная проблема, что приводит к резкому снижению эффективности преобразования энергии. Естественный солнечный свет может быть потенциальной альтернативой в качестве источника энергии, но чем меньше становится беспилотник, тем меньшую площадь поверхности он занимает для сбора солнечного света, что в конечном итоге может генерировать ограниченное количество энергии, пояснил ведущий исследователь Ци Минцзин.
В ходе проведенных экспериментов, исследовательская группа выяснила, что обычно летательные аппараты весом менее 10 граммов могут находиться в воздухе не более 10 минут.
Чтобы решить проблему повышения эффективности, Ци и его коллеги разработали электростатический двигатель, который использует силу Кулона, взаимодействие между электрически заряженными частицами, находящимися в состоянии покоя, для создания непрерывного вращательного движения. Название дрона CoulombFly также происходит от названия этого уникального двигателя.
Ци объяснил, что вдохновило на создание электростатического двигателя. Повседневные явления, связанные со статическим электричеством, такие как расчесывание волос или ношение одежды, подверженной воздействию статического электричества, имеют высокое напряжение, но очень низкий ток. Поэтому на самом деле они безвредны для человеческого организма.
“Эта характеристика на самом деле подразумевает низкое энергопотребление и высокое напряжение, что идеально соответствует задачам, с которыми сталкивается наш двигатель, и направлению, в котором он должен развиваться в будущем”, – сказал он.
Более того, команда разработала легкий повышающий преобразователь, который может повышать напряжение с менее чем 100 вольт до 9000 вольт, а коэффициент усиления на 92% выше, чем у аналогичной технологии, разработанной в Стэнфордском университете. Ток высокого напряжения затем используется для приведения в действие электростатического двигателя, работающего под напряжением.
“Чтобы обеспечить двигатель напряжением 8000 вольт, мы разработали сверхлегкую схему с высоким коэффициентом усиления. Эта схема весит всего один грамм, но может повысить напряжение с трех-четырех вольт до 8000-9000 вольт”, – сказал он.
Микродроны имеют множество применений, от мониторинга окружающей среды до поиска и спасания, что делает их универсальными инструментами. Они могут выполнять специализированные задачи, такие как съемка изображений, обнаружение объектов и транспортировка предметов в ограниченном пространстве.
“Мы надеемся постоянно уменьшать их размеры, чтобы достичь максимально компактных размеров. В будущем мы сможем применить этот микро БПЛА для наших разведывательных и спасательных операций, тем самым обеспечив информационное взаимодействие”, – сказал Пэн Цзиньчжэ, аспирант Школы энергетики и энергоинженерии Университета Бэйхан.
По словам исследователей, новый беспилотный летательный аппарат CoulombFly может осуществлять непрерывный полет, полагаясь исключительно на естественное освещение, что представляет собой значительный шаг вперед.
