續(xù)航能力關(guān)乎無人機(jī)的“生命力”，太陽能供能是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)長(zhǎng)時(shí)續(xù)航的重要路徑之一。北京航空航天大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)利用自主開發(fā)的新型靜電電機(jī)，成功研制出僅重4.21克的太陽能動(dòng)力微型無人機(jī)，實(shí)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。
圖為北航科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的太陽能動(dòng)力微型無人機(jī)。(新華社發(fā))
太陽能驅(qū)動(dòng)大型無人機(jī)飛行已不是新鮮事，然而如何借太陽能驅(qū)動(dòng)微型無人機(jī)一直是業(yè)界難題。當(dāng)前無人機(jī)通常采用傳統(tǒng)的電磁電機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)部件，盡管目前太陽能電板轉(zhuǎn)化率偏低，但大型無人機(jī)可裝載大面積太陽能電板，以提供足夠動(dòng)能；于微型無人機(jī)而言，電磁電機(jī)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(shí)由于機(jī)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(jìn)北航能源與動(dòng)力工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，記者看到，這款微型無人機(jī)翼展約20厘米，底部裝有兩片僅不到半個(gè)巴掌大小的普通太陽能電池片。它如何實(shí)現(xiàn)飛行？
“關(guān)鍵是動(dòng)力系統(tǒng)。”北航能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授漆明凈說，首要考慮讓動(dòng)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(dòng)能。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出一種新型靜電驅(qū)動(dòng)方案，研制出轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱少、效率高的微型靜電電機(jī)，實(shí)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(jī)之所以能減少發(fā)熱，是因?yàn)殪o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(shí)的靜電原理一致。衣服上靜電的電壓能達(dá)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(duì)人體幾乎無影響。”他說，團(tuán)隊(duì)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(jī)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)航時(shí)飛行，未來進(jìn)一步開發(fā)后，有望在應(yīng)急救援、狹窄空間檢測(cè)等場(chǎng)景中應(yīng)用。”北航能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授閆曉軍說。
