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(wǎng)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(fā)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(tǒng)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(fā),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。
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(zhì)量、高機動,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(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,北航科研團隊從微型發(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。新型微型飛行器主要由靜電發(fā)動機和超輕質(zhì)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(yōu)勢,首次實現(xiàn)了微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續(xù)飛行,在微型飛行器的發(fā)展進程中具有里程碑意義。
據(jù)了解,該團隊在微型飛行器領(lǐng)域的相關(guān)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(fā)現(xiàn)的微梁靜電顫振現(xiàn)象。2009年,發(fā)動機專業(yè)畢業(yè)的閆曉軍認為,該現(xiàn)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(zhuǎn)到此方向,圍繞新現(xiàn)象開展研究。