Дрон CoulombFly с солнечными панелями может летать неограниченное количество времени под сонцем

Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработали дрон под названием CoulombFly, способный автономно зависать при наличии солнечного света. Этот инновационный беспилотник сочетает в себе солнечные батареи, преобразователь напряжения и электростатический двигатель, который вращает винт подобно вертолетному. Все компоненты дрона настроены на оптимальный баланс эффективности, веса и способности поглощать солнечный свет.

CoulombFly представляет собой исследовательский прототип, который имеет множество ограничений. На данный момент на его борту нет аппаратного обеспечения для управления, поэтому дрон может только дрейфовать по ветру. Компоненты дрона очень тонкие и хрупкие, что делает его одним из самых легких в мире — его вес составляет всего 4,21 г.

Большинство дронов используют электромагнитные двигатели, включающие тяжелые металлические катушки. Разработчики CoulombFly решили сосредоточиться на создании легкого электростатического двигателя, который использует силы притяжения и отталкивания заряда для вращения. Двигатель состоит из внутреннего кольца неподвижных заряженных пластин (статора), сделанных из тонкого углеродного волокна, покрытого алюминиевой фольгой, и кольца из 64 вращающихся пластин. Когда пластины во внешнем кольце заряжены, противоположный заряд соседних пластин статора запускает вращение.

Для работы системы требуется небольшая сила тока, но высокое напряжение между пластинами. Винт диаметром 10 см с 8 лопастями создает подъемную силу в 5,8 г, что определяет проектные условия всех других компонентов.

Солнечные элементы дрона изготовлены из тонкой пленки арсенида галлия, обеспечивающего эффективность преобразования энергии до 30%, по сравнению с более 20% у других материалов. Поскольку батареи обеспечивают высокий ток, но низкое напряжение, исследователи разработали серию преобразователей напряжения, которые увеличивают напряжение с 4,5 В до 9,0 кВ. Хотя эффективность преобразования составляет лишь 24%, эти преобразователи весят всего 1,13 г.

Конструкция CoulombFly включает цилиндрический двигатель с пропеллером и платформу с солнечными элементами, уравновешенную преобразователем энергии. Во время тестирования дрон взлетел и зависал более часа при солнечном свете, требуя 0,568 Вт мощности для полета. Учитывая общую массу 4,21 г, это означает эффективность 7,6 г/Вт. Двигателю требуется всего 0,14 Вт, что дает ему эффективность более 30 г/Вт.

В будущем возможно добавление других компонентов, таких как система управления, что позволит расширить функциональные возможности дрона.