Cảm biến gió mới sử dụng vật liệu thông minh để cải thiện hiệu suất của máy bay không người lái

Cảm biến gió mới sử dụng vật liệu thông minh để cải thiện hiệu suất của máy bay không người lái

    Cảm biến gió mới sử dụng vật liệu thông minh để cải thiện hiệu suất của máy bay không người láiNew wind sensor uses smart materials to improve drone performance

    Sơ đồ hư cấu của một hệ thống dây buộc thông minh, có độ kéo thấp. Nội dung bên trong hiển thị khái niệm về một máy đo gió hình cánh quạt được thiết bị với một cảm biến áp suất phù hợp và một từ kế cho các phép đo tốc độ và hướng gió tương ứng. Nhà cung cấp hình ảnh: Arun K. Ramanathan và cộng sự, Biên giới trong vật liệu (2022). DOI: 10.3389 / fmats.2022.904056


    Các kỹ sư đã thiết kế và thử nghiệm thành công một cảm biến gió hiệu quả hơn để sử dụng trên máy bay không người lái, khinh khí cầu và các máy bay tự hành khác.

    Những cảm biến gió này - được gọi là máy đo gió - được sử dụng để theo dõi tốc độ và hướng gió. Theo các nhà nghiên cứu, khi nhu cầu về máy bay tự hành tăng lên, các cảm biến gió tốt hơn là cần thiết để giúp những phương tiện này dễ dàng cảm nhận được những thay đổi thời tiết và thực hiện cất cánh cũng như hạ cánh an toàn hơn.

    Những cải tiến như vậy có thể cải thiện cách mọi người sử dụng không phận địa phương của họ, cho dù đó là thông qua máy bay không người lái giao hàng hoặc hành khách một ngày bay trên máy bay không người lái, Marcelo Dapino, đồng tác giả của nghiên cứu và là giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không tại Đại học Bang Ohio cho biết .

    Dapino nói: “Khả năng sử dụng không phận của chúng tôi để di chuyển hoặc vận chuyển mọi thứ một cách hiệu quả có ý nghĩa xã hội rất lớn. "Nhưng để vận hành các vật thể bay này, các phép đo gió chính xác phải có sẵn trong thời gian thực cho dù phương tiện có người lái hay không người lái." Bên cạnh việc giúp các vật thể trên không vượt qua khoảng cách xa, các phép đo gió chính xác cũng rất quan trọng để dự báo năng lượng và tối ưu hóa hiệu suất của các tuabin gió, ông nói.

    Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Frontiers in Materials.

    Dapino cho biết, các máy đo gió thông thường khác nhau về cách chúng thu thập dữ liệu, nhưng tất cả chúng đều có những hạn chế. Bởi vì thiết bị đo gió có thể đắt tiền, tiêu tốn nhiều năng lượng và có lực cản khí động học cao - có nghĩa là thiết bị chống lại chuyển động của máy bay trong không khí - nhiều loại không phù hợp với máy bay nhỏ. Tuy nhiên, máy đo gió của nhóm nghiên cứu bang Ohio có trọng lượng nhẹ, năng lượng thấp, lực cản thấp và nhạy cảm hơn với sự thay đổi của áp suất so với các loại thông thường.

    Leon Headings, đồng tác giả của nghiên cứu và là cộng sự nghiên cứu cấp cao về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Bang Ohio, cho biết thiết bị này được chế tạo từ các vật liệu thông minh - vật chất có các đặc tính có thể được kiểm soát, cho phép họ cảm nhận và phản ứng với môi trường của mình. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại polymer điện có tên là polyvinylidene fluoride (PVDF). Được sử dụng rộng rãi trong các lớp phủ kiến ​​trúc và pin lithium ion, PVDF có thể là áp điện, có nghĩa là nó tạo ra năng lượng điện khi một áp suất được đặt vào nó. Năng lượng này có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho thiết bị. Điện áp đo được hoặc sự thay đổi điện dung của một mảnh phim PVDF linh hoạt có thể tương quan với tốc độ gió.

    Cảm biến PVDF được tích hợp vào cánh máy bay, tương tự như cánh máy bay, giúp giảm lực cản khí động học. Vì cánh gió có thể quay tự do giống như cánh gió, nó có thể được sử dụng để đo hướng gió.

    Nhưng để kiểm tra xem thiết bị của họ sẽ hoạt động như thế nào một khi ở trong bầu khí quyển của Trái đất, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thí nghiệm hai hướng. Đầu tiên, cảm biến áp suất được thử nghiệm trong một buồng kín để xác định độ nhạy của nó. Sau đó, cảm biến được kết hợp vào một cánh quạt và thử nghiệm trong một đường hầm gió. Kết quả cho thấy cảm biến đo cả áp suất và tốc độ gió cực tốt. Một la bàn từ kế kỹ thuật số nhỏ được tích hợp vào cánh quạt cung cấp dữ liệu hướng gió chính xác bằng cách đo hướng tuyệt đối của cánh quạt so với từ trường của Trái đất.

    Nhưng cần phải nghiên cứu thêm để chuyển khái niệm cảm biến gió từ môi trường nghiên cứu có kiểm soát sang các ứng dụng thương mại. Khi nhóm của ông tiếp tục làm việc với PVDF và các vật liệu tiên tiến khác để cải tiến công nghệ cảm biến, Dapino hy vọng rằng công việc của họ cuối cùng sẽ dẫn đến công nghệ có thể được sử dụng bên ngoài máy bay, chẳng hạn như cho tuabin gió để tạo ra năng lượng sạch, hiệu quả và sẵn có cho công cộng.

    Dapino cho biết: “Đây là những vật liệu rất tiên tiến và chúng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng. "Chúng tôi muốn xây dựng dựa trên những ứng dụng đó để mang lại năng lượng gió nhỏ gọn cho ngôi nhà."

    Zalo
    Hotline