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“飞鱼”水陆无人滑翔机的推进系统,独特创新!

2019-11-12 15:51 性质:转载 作者:刘英姿 来源:无人机杂志 阅读:0
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无人系统技术正在推动水陆环境监测的创新发展。兼具空中飞行和水面航行功能的无人装备面临诸多技术挑战,尤其是推进系统。来自英国伦敦帝国理工学院和瑞士联邦材...

无人系统技术正在推动水陆环境监测的创新发展。兼具空中飞行和水面航行功能的无人装备面临诸多技术挑战,尤其是推进系统。来自英国伦敦帝国理工学院和瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员破解了技术难题,开发了一种新型水陆无人滑翔机。

一段慢动作视频展示了“飞鱼”从其尾部喷射出一股水流后向空中滑翔。这个手掌大小的仿生无人滑翔机可从水中飞到陆地,避开复杂环境中的障碍物如寒冷地区的冰或洪水爆发后的漂浮物等。“飞鱼”的工作原理与自然界中的飞鱼非常相似,独特创新的推进系统不是发动机,而是采用化学反应提供动力,即利用液体、气体和水的性质为不同任务阶段提供推力。

图 任务阶段示意图A)从水面漂浮状态过渡到空中喷射、滑翔阶段,然后返回水面漂浮状态;B)“飞鱼”无人滑翔机的三维模型显示了主要设计特点;C)在第一个任务周期,燃料室中的燃料即水与碳化钙(电石的主要成分)发生化学反应产生乙炔气体。“飞鱼”推进系统的工作原理是,主反应室中的水通过虹吸作用被注射到一个装有电石粉末的小反应室,水与电石发生化学反应产生乙炔气体,点燃被推入主燃烧室的乙炔气体,释放热量的膨胀过程喷射出水,进而推动“飞鱼”在空中滑翔。推进系统产生的动力非常强劲,是“飞鱼”重量的25倍。“飞鱼”每次在空中滑翔约26米,只需大约0.2克电石和少量水,“飞鱼”储存的电石粉末足以完成大约20次空中滑翔跳跃。

图   推进系统产生的动力是“飞鱼”重量的25倍“飞鱼”利用环境中的水充当活塞将乙炔气体推进燃烧室,一次完整的燃烧循环仅使用一个运动部件即水与电石粉末混合的泵,不需要携带很多部件,这个小尺寸无人滑翔机重量仅160克,即轻便又便宜,且一次性使用。

图  “飞鱼”内部燃烧室产生的动力将其推出水面 “飞鱼”无人滑翔机已在湖泊和波浪水槽等多个水域进行了测试,在波浪汹涌的水面试验也取得成功,未来计划在海洋珊瑚礁和近海能源平台开展实地测试。由于“飞鱼”能进行多次空中滑翔和水面漂浮,对采集多个水样本非常有用。这种低功耗无人滑翔机在洪水或核事故等灾害后的应急环境监测将发挥重要作用。“飞鱼”项目团队还在开展大量研发工作,为“飞鱼”增加相关的传感器组件,并计划制造更大的无人滑翔机以扩展飞行范围。

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