Īpaši viegls pētījumu drons spēj darboties autonomi tik ilgi, kamēr spīd saule. Tas atšķiras pēc formas no visiem agrāk izveidotajiem bezpilota lidaparātiem.
Pētnieki izstrādāja dronu CoulombFly, kas spēj autonomi lidot, ja vien ir pieejams saules gaisma. Drons ir aprīkots ar saules paneļiem, sprieguma pārveidotāju un elektrostatisko dzinēju, kas griež propelleru līdzīgi helikopteram. Visi komponenti ir optimizēti, lai nodrošinātu efektivitāti, svaru un saules gaismas iegūšanu.
Šis ir pētījumam paredzēts modelis ar noteiktiem ierobežojumiem. Pagaidām tam nav aparatūras, lai kontrolētu lidojumu, tāpēc tas var vienīgi dreifēt vējā. Tās komponenti ir ļoti plāni un trausli. CoulombFly ir viens no vieglākajiem droniem, sverot tikai 4,21 g. Pētījums ir aprakstīts žurnālā Nature.
Lielākā daļa dronu izmanto elektromagnētiskos dzinējus, kas satur diezgan smagus metāla spoles. CoulombFly izstrādātāji izvēlējās koncentrēties uz viegla elektrostatiskā dzinēja izstrādi. Viņi paļaujas uz lādiņu pievilkšanos un atgrūšanos, lai dzinējs darbotos. Tas sastāv no iekšējā riņķa ar nekustīgām uzlādētām plāksnēm, ko sauc par statoru. Šīs plāksnes ir izgatavotas no plāna oglekļa šķiedras, kas pārklāta ar alumīnija foliju. Darbības laikā kaimiņu plāksnēm ir pretēji lādiņi. Ap statoru ir izvietots riņķis ar 64 rotējošām plāksnēm.
Dzinējs uzsāk darbību, kad ārējā riņķa plāksnes ir uzlādētas. Tā kā vienai no tuvākajām plāksnēm uz statora noteikti būs pretējs lādiņš, sākas rotācija. Kad statora un rotora plāksnes sasniedz maksimālu tuvināšanos, smalki vadi nodibina kontaktu, ļaujot lādiņam pārnesties starp tiem. Tas garantē, ka statora un rotora plāksnes saņem vienādu lādiņu, pārvēršot pievilkšanos atgrūšanā. Šādai sistēmai darbībai nepieciešama ļoti maza strāvas intensitāte, bet liels spriegums starp plāksnēm.
Ar 10 cm diametra propelleru, kas ir aprīkots ar 8 lāpstiņām, sistēma rada 5,8 g pacelšanas spēku. Tas nosaka visu pārējo komponentu dizaina apstākļus.
Saules elementi tika izgatavoti no plānas gallija arsenīda plēves. Tas ir daudz dārgāks nekā citi fotovoltaiskie materiāli, bet nodrošina augstāko efektivitāti — 30% enerģijas pārvēršanas, salīdzinot ar vairāk nekā 20% citiem materiāliem. Baterijas nodrošina salīdzinoši lielu strāvu, bet zemu spriegumu — pretēji nepieciešamajam. Tādēļ sistēmai ir nepieciešams transformators.
Ar transformatora palīdzību pētnieki upurēja efektivitāti viegla svara dēļ. Viņi izveidoja vairāku sprieguma pārveidotāju sēriju, kas kopā sver tikai 1,13 g, bet paaugstina spriegumu no 4,5 V līdz 9,0 kV. Taču elektroenerģijas pārvēršanas efektivitāte ir tikai 24%. Rezultātā CoulombFly dizainā dominē cilindrisks dzinējs, kas ir aprīkots ar propelleru. Zem tā ir piekārta platforma ar saules elementiem vienā pusē, kas ir sabalansēta ar enerģijas pārveidotāju otrā pusē.
Lai pārbaudītu dronu, pētnieki vienkārši atvēra logu saulainā dienā. Dronam pacēlās un lidinājās vairāk nekā stundu, un viss liecināja, ka tas turpinātu darboties tik ilgi, kamēr saules gaisma nodrošinātu pietiekami daudz enerģijas.
Sistēmai bija nepieciešami 0,568 W jaudas, lai paliktu gaisā. Ņemot vērā kopējo masu — 4, 21 g — tas nozīmēja efektivitāti 7,6 g/W. Bet nozīmīga daļa no šīs jaudas tika zaudēta sprieguma pārveidošanas procesā. Dzinējam bija nepieciešama tikai 0,14 W, kas nodrošināja efektivitāti vairāk nekā 30 g/W. Zināms rezerves līmenis ļāva pievienot papildu komponentus, piemēram, vadības sistēmu.
Tika izveidota arī miniatūra konstrukcijas versija, kas ir tikai 8 mm augsta un sver 9 mg, spējot radīt 1 mW jaudu, kas griež propelleru ar ātrumu vairāk nekā 15 000 apgr./min.
Avots: Ars Technica
Komentāri (0)
Šobrīd nav neviena komentāra