中新網(wǎng)北京7月18日電 (記者 孫自法)中國科學(xué)家最近自主研發(fā)成功世界上迄今最輕、最小的太陽光驅(qū)動微型飛行器——靜電飛行器(CoulombFly)，其由一種新型微型靜電電機作為發(fā)動機核心，可實現(xiàn)在純自然太陽光條件下的供能起飛和長時間持續(xù)飛行。
這一飛行器領(lǐng)域的重要研究突破，由北京航空航天大學(xué)(北航)能源與動力工程學(xué)院智能推進實驗室科研團隊完成，相關(guān)成果論文以“太陽光供能下超輕質(zhì)微型飛行器的持續(xù)飛行”為題，于北京時間7月17日夜間在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表。據(jù)了解，這是飛行器領(lǐng)域中國科學(xué)家自主研發(fā)成果首次在《自然》發(fā)表，著名國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》也在官網(wǎng)以最新消息方式報道了這項成果。
7月17日下午，北航科研團隊在智能推進實驗室展示研發(fā)成功的靜電飛行器樣機。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝論文通訊作者、北航教授漆明凈接受記者采訪介紹說，微型飛行器得益于小體積、輕質(zhì)量、高機動等特點，能夠在狹小空間執(zhí)行拍照、探測和運輸?shù)忍厥馊蝿?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(dāng)重量小于10克時，其飛行時間一般不超過10分鐘。
他指出，究其原因，目前微型飛行器一般采用傳統(tǒng)的電磁電機作為發(fā)動機的驅(qū)動部件，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源來源，受限于太陽能電池的面積，很難滿足飛行需求。
為解決上述難題，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，研制在微小尺寸下轉(zhuǎn)速低、發(fā)熱小、效率高的微型靜電電機，在此基礎(chǔ)上成功研發(fā)靜電飛行器。它主要由靜電發(fā)動機和超輕質(zhì)高壓電源組成，具備低功耗和高升力優(yōu)勢，并首次實現(xiàn)了微型飛行器在純自然太陽光供能下的起飛和長時間持續(xù)飛行。
在一次耐久性測試中，靜電飛行器能持續(xù)飛行1小時，并且沒有出現(xiàn)性能退化。
7月17日下午，論文通訊作者、北航教授漆明凈(右)和論文共同第一作者、北航博士研究生彭謹哲在智能推進實驗室接受采訪，展示靜電飛行器樣機并合影。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝論文共同第一作者、北航博士研究生彭謹哲說，在新型微型靜電電機和超輕質(zhì)高壓電源的助力下，本次研發(fā)靜電飛行器的整機僅有巴掌大小(翼展20厘米)，重量比一張A4紙還輕(4.21克)，尺寸和重量分別是此前世界最小、最輕太陽能飛行器的1/10和1/600。應(yīng)用方面，靜電飛行器可用于地震等災(zāi)后救援，開展狹窄空間巡查和信息采集任務(wù)，為救援提供信息支撐。
論文共同通訊作者、北航教授閆曉軍表示，本次研發(fā)的靜電飛行器僅依靠自然太陽光即可實現(xiàn)持續(xù)飛行，可極大拓展此類飛行器的使用范圍，在微型飛行器的發(fā)展進程中具有里程碑意義。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。
靜電飛行器的靜電電機結(jié)構(gòu)設(shè)計和效率特性?？蒲袌F隊/供圖論文第一作者、北航博士研究生申威透露，在這次發(fā)表成果基礎(chǔ)上，他們還提出一款翼展8毫米、質(zhì)量9毫克的超微型靜電飛行器研發(fā)方案，其飛行功耗不到1毫瓦，展示出靜電電機對飛行器進一步微型化發(fā)展具有巨大潛力。(完)