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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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尺寸僅有巴掌大，重量比一張紙輕！北航研發(fā)新型靜電飛行器
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尺寸僅有巴掌大，重量比一張紙輕！北航研發(fā)新型靜電飛行器 來源： 北京日報客戶端記者：何蕊2024-07-19 10:04 北京航空航天大學(xué)科研團隊成功研制靠純自然光供能實現(xiàn)起飛和持續(xù)飛行的靜電飛行器，由一種新型靜電電機作為發(fā)動機核心，未來將大幅增加微型飛行器的飛行時長，拓展其應(yīng)用范圍。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《自然》期刊上。 北航科研團隊成功研制靠純自然光供能實現(xiàn)起飛和持續(xù)飛行的靜電飛行器 微型飛行器能夠在狹小空間執(zhí)行拍照、探測和運輸?shù)忍胤N任務(wù)，但普遍存在飛行時間短的痛點問題，尤其當(dāng)重量小于10克時，飛行時間一般不超過10分鐘。這是因為目前微型飛行器的發(fā)動機驅(qū)動部件一般采用傳統(tǒng)的電磁電機，而電磁電機在微型化后轉(zhuǎn)速高、發(fā)熱大，能量轉(zhuǎn)化效率急劇下降，甚至降到10%以下。微型電磁電機效率下降后，如果采用供電方便的自然太陽光作為能量來源，受限于太陽能電池的面積，很難滿足飛行需求。 為了解決上述難題，北航能源與動力工程學(xué)院教授漆明凈和閆曉軍領(lǐng)銜的團隊從微型發(fā)動機的原理方面尋求突破，提出一種新的靜電驅(qū)動方案，研制出了在微小尺寸下轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱小、效率高的微型靜電電機，并成功試飛靜電飛行器。 在微型靜電電機和超輕質(zhì)高壓電源的助力下，飛行器整機僅有巴掌大小，翼展20厘米，重量4.21克，比一張A4紙還輕。尺寸和重量分別是此前世界最小、最輕太陽能飛行器的10%和0.17%。 團隊還提出一款翼展8毫米，質(zhì)量9毫克的超微型靜電飛行器，飛行功耗不到1毫瓦，展示了靜電電機在飛行器進一步微型化中的巨大潛力。 在該成果之前，此領(lǐng)域的最高水平成果是哈佛大學(xué)2019年在《自然》發(fā)表的飛行器，但仍需采用人工光源才能實現(xiàn)持續(xù)飛行。而北航的此項成果僅依靠自然光即可實現(xiàn)持續(xù)飛行，可極大拓展此類飛行器的使用范圍，在微型飛行器的發(fā)展進程中具有里程碑意義。 |
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木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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我國科研團隊成功研制出世界上最輕最小的純自然光供能微型飛行器。這款太陽光驅(qū)動的超輕型微型飛行器CoulombFly重4.21克，比知了還要輕。 我國科學(xué)家研發(fā)的這款微型飛行器首次實現(xiàn)純自然光供能下起飛的持續(xù)飛行。相關(guān)成果于近日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表，并同時獲得《自然》和《科學(xué)》(Science)官網(wǎng)的首頁推薦。 陽光功能飛行測試。(00:26) 在本成果之前，微型飛行器領(lǐng)域的最高水平成果是哈佛大學(xué)2019年在Nature發(fā)表的Robobee飛行器，但仍需采用三倍太陽光的人工光源才能實現(xiàn)持續(xù)飛行，而本成果僅依靠自然光即可實現(xiàn)持續(xù)飛行，可極大拓展此類飛行器的使用范圍，在微型飛行器的發(fā)展進程中具有里程碑意義。 微型飛行器（MAVS）因其小體積、輕質(zhì)量、高機動等特點，能夠在狹小空間執(zhí)行拍照、探測和運輸?shù)忍胤N任務(wù)，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域擁有廣泛應(yīng)用前景。然而此類飛行器普遍存在飛行時間短的痛點問題，尤其當(dāng)重量小于10克時，其飛行時間一般不超過10分鐘。 續(xù)航痛點最主要是目前微型飛行器一般采用傳統(tǒng)的電磁電機作為發(fā)動機的驅(qū)動部件，電磁電機在微型化后轉(zhuǎn)速高、發(fā)熱大，能量轉(zhuǎn)化效率急劇下降，如果采用供電方便的自然太陽光作為能量來源，受限于太陽能電池的面積，很難滿足飛行需求。 由北京航空航天大學(xué)漆明凈和閆曉軍領(lǐng)銜的科研團隊研制的新型微型飛行器，解決了這一難題。 北航團隊研發(fā)的超輕型微型飛行器主要由靜電驅(qū)動推進系統(tǒng)（靜電電機和螺旋槳）和超輕千伏動力系統(tǒng)（HVPC和太陽能電池）組成。 團隊從微型發(fā)動機的原理方面尋求突破，提出一種新的靜電驅(qū)動方案，研制在微小尺寸下轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱小、效率高的微型靜電電機。 靜電發(fā)動機的核心是靜電電機，它是一種依靠靜子和轉(zhuǎn)子間的庫侖力（Coulomb force）來產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的新型微型電機，具備結(jié)構(gòu)簡單和無需繞組的優(yōu)勢，其高電壓（千伏級）、低電流（微安級）的工作特性也使其在工作過程中發(fā)熱少且無明顯紅外特征。在小質(zhì)量（5克以內(nèi)）情況下，靜電電機的能量轉(zhuǎn)化效率可達傳統(tǒng)電磁電機的10倍以上，產(chǎn)生相同升力所需功耗僅為電磁電機的1/10以內(nèi)，相比傳統(tǒng)電磁電機表現(xiàn)出顛覆式的效率和功耗特性。 靜電電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和效率特性。 靜電電機仍需千伏級的高壓電流來驅(qū)動，然而傳統(tǒng)高壓電源由于體積和重量過大，無法搭載在微型飛行器上。因此，團隊還針對飛行應(yīng)用場景，研制了千伏級超輕質(zhì)高壓電源，主要包括太陽能電池和升壓電路兩部分，其中升壓電路可以在1.21克的重量下，將太陽能或鋰電池輸入的低壓直流電，轉(zhuǎn)換為4-9千伏的高壓直流電，相比美國斯坦福大學(xué)研發(fā)的同類技術(shù)升壓比提高了92%。這讓高壓電流在微小尺度下不再那么難以獲取。 千伏級超輕質(zhì)高壓電源的構(gòu)型與性能。 在微型靜電電機和超輕質(zhì)高壓電源的助力下，CoulombFly的整機僅有巴掌大�。ㄒ碚�20厘米），重量比一張A4紙還輕，尺寸和重量分別是此前世界最小、最輕太陽能飛行器的1/10和1/600。 現(xiàn)有太陽能飛行器參數(shù)對比和超微型靜電飛行器構(gòu)型。 更進一步，團隊還提出一款翼展8毫米，質(zhì)量9毫克的超微型靜電飛行器，飛行功耗不到1毫瓦，展示了靜電電機在飛行器進一步微型化中的巨大潛力。 |
2樓2024-07-22 16:48:11
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