پژوهشگران دانشگاه Beihang و مرکز پیشرفتۀ موتور هوایی در چین، یک پهپاد بسیار کوچک و سبک به نام CouloumbFly را ساختهاند، که تنها با نور خورشید پرواز میکند.
بهگزارش تکناک، این پهپاد دارای یک موتور الکترواستاتیک سبک وزن است، که توانایی پرواز با پنلهای خورشیدی را دارد. این فناوری امکان پرواز مداوم و پایدار را در طول روز فراهم میآورد و میتواند برای مأموریتهای نظارتی طولانی مدت مورد استفاده قرار گیرد.
این پهپاد کوچک به صورت قابلتوجهی سبک و کارآمد است و میتواند جرم خود را با توجه به نور خورشید بالا ببرد و تمام روز پرواز کند.
پهپاد CouloumbFly به اندازۀ یک کف دست میباشد، که وزن آن فقط 4.21 گرم است، امّا قطر روتور آن 20 سانتیمتر میباشد. این پهپاد حدود 600 برابر سبکتر از هر پهپاد کوچک دیگری است که با انرژی خورشیدی کار میکند.
در آزمایش اتصال تحت شرایط نور طبیعی خورشید، CouloumbFly خود را در عرض یک ثانیه به هوا برد و قبل از اینکه یک نقص مکانیکی آن را به پایین بازگرداند، یک ساعت پرواز را بدون کاهش برق مدیریت کرد. مدیریت این پهپاد فقط با انرژی خورشیدی یک شاهکار خارقالعاده است.
کلید استقامت قابل توجه VTOL CouloumbFly، سیستم پیشرانۀ آن است که یک موتور الکتریکی فوقالعاده سبک با وزن 1.52 گرم دارد که روتور بالایی 0.44 گرمی را به حرکت در میآورد. در واقع، آن زبانههای پوشیده شده با فویل که در اطراف بیرونی بدنۀ هواپیما آویزان شدهاند، صفحات استاتور مثبت و منفی یک موتور الکترواستاتیک هستند و روتور آن یک سری حصار از 64 زبانۀ عمودی نازکتر در پشت صفحات استاتور است.
پژوهشگران در این باره توضیح دادند که وقتی یک تیغۀ روتور با برس صفحه الکترود تماس پیدا میکند، یک خازن بین روتور و صفحه الکترود بعدی تشکیل میشود و میزان باری را که تیغۀ روتور میتواند هر بار انتقال دهد، تعیین میکند. تیغۀ روتور باردار در میدان الکتریکی تحت نیروی الکترواستاتیک قرار میگیرد و حرکت آن به سمت صفحه الکترود بعدی میباشد. هنگامی که پرۀ روتور از صفحه الکترود بعدی عبور میکند، تبادل بار رخ میدهد و قطبیت پرۀ روتور و جهت میدان الکترواستاتیک را به طور همزمان تغییر میدهد، که تضمین میکند گشتاور حرکتدهنده روی کل روتور برای چرخش پیوستۀ موتور الکترواستاتیک، ثابت باقی بماند.
این نوع موتورهای الکترواستاتیک، که میدانهای الکترواستاتیک را به جای میدانهای مغناطیسی برای حرکت مهار میکنند، بیشتر به عنوان حسگر در سیستمهای میکروالکترومکانیکی (MEMS) استفاده میشوند. امّا آنها در این کاربرد نیز عالی هستند، چرا که تمام وزن سیمپیچها و روتورهای مغناطیسی را از بین میبرند.
فراتر از روتور بالا و موتور الکترواستاتیک، موارد با ارزش دیگری نیز در پهپاد وجود دارد. پایۀ این پهپاد دارای دو پنل خورشیدی نازک است که هر کدام 4 سانتیمتر مربع هستند. این ولتاژها در زیر نور خورشید حدود 4.5 ولت تولید میکنند، که از طریق یک ضریب ولتاژ 12 مرحلهای و ترانسفورماتور تغذیه میشود تا آن 4.5 ولت به 9000 ولت نزدیک شود و سپس به پنلهای استاتور ارسال میگردد.
پژوهشگران دربارۀ این پهپاد گفتند که ما آزمایش دوام روی آن را به مدت یک ساعت انجام دادیم و CouloumbFly در طول آزمایش در پرواز پایدار باقی ماند. نتایج تجربی نشان میدهد که موتور الکترواستاتیک این پهپاد همچنان میتواند به طور معمول کار کند و عملکرد آن پس از یک ساعت کار مداوم ثابت میماند. این آزمایش پایداری و دوام عالی موتورهای الکترواستاتیک را نشان میدهد و پایهای برای توسعۀ آیندۀ MAVهای با استقامت طولانی فراهم میکند.
در حالی که CouloumbFly هنوز در مراحل اولیۀ توسعه قرار دارد، در نهایت ممکن است برای انواع مختلف نظارت پایدار، ارتباطات و عملیات جستوجو و نجات از آن استفاده شود.
البته این پهپاد به یک سری بهروزرسانی نیاز دارد، که یکی از مهمترین آنها نوعی سیستم کنترل پرواز است. اکنون محققان امیدوار هستند که بتوانند ظرفیت این پهپاد کوچک را افزایش دهند تا بتواند به حسگرها و کنترلکنندههای کوچک مجهز شود (در حال حاضر تنها میتواند حدود 1.59 گرم بار اضافی را در خود جای دهد).
مهندسان اعلام کردند که در آینده، این وسیلۀ نقلیه میتواند با ترکیبی از باتریهای قابل شارژ و سلولهای خورشیدی تغذیه شود و به طور بالقوه امکان پرواز 24 ساعته را فراهم کند. همچنین این راهحل میتواند سازگاری محیطی این پهپاد را افزایش دهد و به آن اجازه میدهد تا در شرایط با شدت نور کم یا حتی بدون نور پرواز خود را حفظ کند.
این تحقیق در مجلۀ Nature منتشر شده است.
