Ultra hafif elektrostatik VTOL drone, güneş ışığında süresiz uçuyor

Bu dikkat çekici minyatür rotorlu hava aracı o kadar hafif ve verimlidir ki, sadece güneş ışığı verildiğinde kendi kütlesini kaldırabilir. Tüm şey yaklaşık dört ataç kadar ağırlığa sahiptir ve güneş parlıyorsa tüm gün uçabilir.

Çin’in Beihang Üniversitesi ve Gelişmiş Havacılık Motorları Merkezi’ndeki araştırmacılar, sadece 4,21 gr (0,15 oz) ağırlığında, ancak 20 cm (7,9 inç) rotor çapına sahip, avuç içi büyüklüğünde minyatür bir rotorlu hava aracı olan CouloumbFly’ı tanıttı. Bu da onu, benzer herhangi bir küçük güneş enerjili insansız hava aracından yaklaşık 600 kat daha hafif kılıyor.

Doğal güneş ışığı koşullarında bağlı testlerde, CouloumbFly bir saniye içinde havalandı ve mekanik bir arıza onu tekrar aşağı indirmeden önce güç azalması olmadan bir saat uçmayı başardı.

Süzülme yeteneğine sahip kanatlı bir drone olsaydı çok da büyük bir sorun olmazdı – ancak bu tamamen kendi kaldırma kuvvetini üretmekten sorumlu olan minyatür bir helikopterdir ve bunu yalnızca güneş enerjisiyle yönetmek olağanüstü bir başarıdır.

Dikkat çekici VTOL dayanıklılığının anahtarı tahrik sistemidir: 0,44 g (0,02 oz) üst rotoru çalıştıran, sadece 1,52 g (0,054 oz) ağırlığında, inanılmaz derecede hafif, soyulmuş bir elektrik motoru. Aslında, gövdenin dışında asılı duran o sarkık görünümlü folyo kaplı tırnaklar, elektrostatik bir motorun pozitif ve negatif stator plakalarıdır ve rotor, stator plakalarının arkasındaki çit benzeri 64 daha ince dikey tırnak dizisidir.

İHA'nın güç sistemini gösteren grafik — İHA’nın güç sistemini gösteren grafik

-Araştırmacılar: “Bir rotor kanadı bir elektrot plakasının fırçasına temas ettiğinde, rotor ile bir sonraki elektrot plakası arasında bir kapasitör oluşacaktır ve bu da esas olarak rotor kanadının her seferinde aktarabileceği yük miktarını belirler..

Yüklenen rotor kanadı, elektrik alanında elektrostatik kuvvete maruz kalır ve bir sonraki elektrot plakasına doğru hareket eder. Rotor kanadı bir sonraki elektrot plakasından geçtiğinde, yük değişimi gerçekleşir ve rotor kanadının polaritesi ve elektrostatik alanın yönü aynı anda değişir, bu da elektrostatik motorun sürekli dönüşü için tüm rotordaki tahrik torkunun tutarlı kalmasını sağlar.”

Hareket için manyetik alanlar yerine elektrostatik alanları kullanan bu tür elektrostatik motorlar, daha çok mikroelektromekanik sistemlerde (MEMS) sensör olarak kullanılır. Ancak bu uygulamada mükemmeldirler çünkü manyetik bobinlerin ve rotorların tüm ağırlığını atarlar.

Üst rotor ve elektrostatik motorun ötesinde, buna dair çok az şey var. İnsansız hava aracının tabanı, her biri belki bir buçuk inç (4 cm) kare olan iki fısıltı inceliğinde güneş paneli tutuyor. Bunlar güneş ışığı altında yaklaşık 4,5 volt üretiyor ve bu, güneş panellerini dengeleyen 12 kademeli bir voltaj çarpanı ve transformatörden geçiyor. Bu 4,5 V’u 9.000 V’a yaklaştırıyor ve daha sonra stator panellerine gönderiliyor. Geri kalanı temelde sadece kürdan inceliğinde çerçeve çubukları ve üst rotorun oturacağı bir şaft.

–Araştırmacılar: “Deneyde, araç üzerinde bir saat dayanıklılık testi gerçekleştirdik ve araç test boyunca sürekli uçuşta kaldı.

Sonraki deneysel sonuçlar, elektrostatik motorun hala normal şekilde çalışabildiğini ve performansın bir saatlik sürekli çalışmadan sonra bile sabit kaldığını gösteriyor. Bu deney, elektrostatik motorların mükemmel kararlılığını ve dayanıklılığını göstererek, uzun ömürlü MAV’lerin gelecekteki gelişimi için bir temel sağlıyor.”

Henüz geliştirme aşamasının erken evrelerinde olan uçağın, nihayetinde çeşitli türde sürekli gözetleme, iletişim ve arama-kurtarma operasyonları için kullanılabileceği düşünülüyor.

Bu minik güneş enerjili uçan araç bir kağıt uçaktan daha hafif

Dikkat edin, bazı yükseltmelere ihtiyacı olacak – en azından bir tür uçuş kontrol sistemi.

Araştırmacılar şimdi minik insansız hava aracının yükünü artırmayı umuyorlar, böylece küçük sensörler ve kontrolörlerle donatılabilir (şu anda, yalnızca yaklaşık 1,59 g (0,056 oz) ek yük taşıyabiliyor). Dahası, insansız hava araçları esasen o kadar küçük olacak ki, mevcut teknolojiyle görülmeleri veya takip edilmeleri zor olacak.

Ancak araştırmacılar, teknolojinin güneş ışığı mevcudiyeti ve nem gibi sınırlamalarla karşı karşıya olması nedeniyle katedilmesi gereken bir mesafe olduğunu kabul ediyorlar.

–Mühendisler: “Gelecekte araç, şarj edilebilir piller ve güneş pillerinin bir kombinasyonuyla çalıştırılabilir ve bu da potansiyel olarak 24 saatlik uçuş operasyonlarını mümkün kılabilir.

Bu çözüm ayrıca aracın çevresel uyum yeteneğini de artırabilir ve düşük ışık yoğunluğunda veya hatta hiç ışık olmayan koşullarda bile uçuşunu sürdürmesini sağlayabilir.”

Araştırma Nature dergisinde yayımlandı .