世界上第一架扑翼太阳能无人飞机

伊卡洛斯的传说可能会在未来十年有一个新的结局去了密苏里大学罗拉分校研究人员帮助开发世界上第一架扑翼太阳能无人驾驶飞机。

利用太阳能薄膜阵列和离子聚合物金属复合材料,这种材料可以像人造肌肉一样在电场中变形,并在电场移除后恢复原来的形状,该飞行器将能够在不使用传统机械部件的情况下拍打翅膀。这种固态飞行器的设计目的是补充其他类型的探测飞行器,它可以提供比火星漫游者更大规模的高分辨率数据。

这架拟建的固态飞机的飞行外形与鹰类似,可以长时间翱翔,拍打翅膀恢复高度。通过使用可再生能源,该飞行器将能够在地球、火星或金星上进行长时间飞行。

“在白天,太阳能电池将收集太阳能,”UMR机械和航空航天工程教授K.M.艾萨克博士说,他正在帮助美国宇航局开发这架飞机。他说:“我们计划将能量储存为势能,而不是像UMR太阳能汽车那样储存在电池中。当它有很多能量时,它就会像大鸟一样拍打翅膀。这样,它的高度就会上升。然后在晚上,例如,当没有太阳能可用时,它会像鸟一样滑翔,直到太阳再次升起。”

艾萨克解释说,这种飞机将比传统的飞机轻得多,因为白天收集的大部分剩余能量将用于获得高度。

“此外,拟议中的飞行器比其他更传统的飞行器有优势,因为机翼执行空气动力学、控制和太阳能收集任务,”Isaac说。

艾萨克说,因为飞行器将在3万到4万英尺的高空飞行,多云的天空不是问题,但暴风雨天气可能会带来麻烦。“在那些海拔高度,风切变相当高,”艾萨克补充道。

对行星的探索将仅限于这三个行星,因为太阳强度太低,无法为火星以外的航天器提供动力。这颗行星还需要一个大气层,以便飞行器运行。艾萨克说,在土星、木星或卫星等外行星上飞行是不可行的。

在地球上执行任务时,飞行器会被放入一个热气球,然后释放。

“控制系统要么是远程控制的,要么是自动的,这意味着它将自行决定要进行哪种飞行,”艾萨克说。“任务可能包括拍摄偏远地区的照片或寻找矿物以及进行侦察。”

这种飞机的灵活性和重量轻也使其成为太空探索的理想选择。“为了探索火星和金星,它将必须从一个进入模块发射,”艾萨克补充道。

杰西卡·罗尔斯(Jessica Rolwes)是机械和航空航天工程专业的研究生,她和其他两名UMR学生正在与艾萨克一起分析拟议中的飞行器的空气动力学。在UMR的流体动力学和燃烧实验室里,他们在一个10加仑的盐水罐里放置了一个机动机翼。机翼前后移动,安装在机翼上的电极与盐水发生反应,产生氢气泡。在两个强脉冲激光器的照射下,这些气泡在纳秒内被拍摄了两次,以捕捉它们的运动。然后一个软件程序分析这些照片来确定速度。

Rolwes说:“我们要做的就是成像机翼周围的气流。”

艾萨克说,他们在这些测试中获得的信息将有助于他们下一步构建模型。“我们计划在风洞中测试一些模型,以证明这种材料能够以我们希望的任何频率拍打,”艾萨克说。“我们还将进行测试,以确保它能够清除足够的升力,例如,维持飞行。”

这项研究得到了63000美元的资助NASA先进概念研究所

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