北航微型飛行器新成果獲《自然》《科學》首頁推薦
中國青年報客戶端北京7月18日電(中青報·中青網記者 張渺)今天,記者從北京航空航天大學了解到,北航能源與動力工程學院漆明凈、閆曉軍的最新論文在線發表于《自然》期刊,并同時獲得《自然》和《科學》首頁推薦。
該論文系統闡述了由北航團隊自主研制的靜電飛行器。這種飛行器翼展20cm,重4.21g,整機僅有巴掌大小,比一張A4紙還要輕。該項研究成果由北航科研團隊完全自主研發,未來將大幅增加微型飛行器的飛行時長,拓展其應用范圍。
北航研制的靜電飛行器“CoulombFly”。北京航空航天大學供圖
微型飛行器小體積、輕質量、高機動,能夠在狹小空間執行拍照、探測和運輸等特種任務,在國民經濟領域擁有廣泛應用前景。然而,此類飛行器普遍存在飛行時間短的痛點問題,尤其當重量小于10克時,其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動機驅動部件一般采用傳統的電磁電機,而電磁電機在微型化后轉速高、發熱大,能量轉化效率急劇下降,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,北航科研團隊從微型發動機的原理方面尋求突破,提出一種新的靜電驅動方案,研制出了在微小尺寸下轉速低、發熱小、效率高的微型靜電電機,并成功試飛靜電飛行器。新型微型飛行器主要由靜電發動機和超輕質高壓電源組成,具備0.568瓦的低功耗和30.7克每瓦的高升力優勢,首次實現了微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續飛行,在微型飛行器的發展進程中具有里程碑意義。
據了解,該團隊在微型飛行器領域的相關研究跨了力學、電學、控制學和機器人等多個學科,可追溯到15年前閆曉軍教授在實驗室中發現的微梁靜電顫振現象。2009年,發動機專業畢業的閆曉軍認為,該現象可能用于微型飛行器的動力與推進,當時還是博士生的漆明凈立刻轉到此方向,圍繞新現象開展研究。