長三角G60雷射聯盟導讀
北京航空航天大學能源與動力工程學院教授漆明淨和闫曉軍領銜的團隊，成功研制出靠純自然光供能實作起飛和持續飛行的靜電飛行器CoulombFly（Coulomb意為庫侖，是電荷機關）。該微型飛行器由一種新型靜電電機作為發動機核心，未來将大幅增加微型飛行器的飛行時長，拓展其應用範圍。相關成果近日線上發表于《自然》期刊，并同時獲得《自然》和《科學》首頁推薦。
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據介紹，得益于小體積、輕品質、高機動等特點，微型飛行器能夠在狹小空間執行拍照、探測和運輸等特種任務，在國民經濟領域擁有廣泛應用前景。然而，此類飛行器普遍存在飛行時間短的痛點。當飛行器重量小于10克時，飛行時間一般不超過10分鐘。這是因為微型飛行器一般采用傳統的電磁電機作為發動機的驅動部件，電磁電機在微型化後轉速高、發熱大，能量轉化效率急劇下降。微型電磁電機效率下降後，如果采用供電友善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，該團隊從微型發動機的原理方面尋求突破，提出一種新的靜電驅動方案，研制在微小尺寸下轉速低、發熱小、效率高的微型靜電電機，并成功試飛靜電飛行器CoulombFly。該飛行器主要由靜電發動機和超輕質高壓電源組成，具備低功耗和高升力優勢，首次實作了微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續飛行。
靜電飛行器CoulombFly
據介紹，在微型靜電電機和超輕質高壓電源的助力下，CoulombFly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），尺寸和重量分别是此前世界最小、最輕太陽能飛行器的1/10和1/600。團隊還進一步提出一款翼展8毫米、品質9毫克的超微型靜電飛行器，飛行功耗不到1毫瓦，展示了靜電電機在飛行器進一步微型化中的巨大潛力。
據悉，此前該領域的最高水準成果是哈佛大學2019年在《自然》發表的Robobee飛行器，該飛行器仍需采用人工光源（三倍太陽光）才能實作持續飛行。北航團隊的此項成果僅依靠自然光即可實作持續飛行，可極大拓展此類飛行器的使用範圍，在微型飛行器的發展程序中具有裡程碑意義。
文章來源：科技日報
視訊、圖檔來源：北京航空航天大學官網、Nature
論文原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07609-4
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