CN113619786A - 基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机 - Google Patents

基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机 Download PDF

Info

Publication number
CN113619786A
CN113619786A CN202110991419.8A CN202110991419A CN113619786A CN 113619786 A CN113619786 A CN 113619786A CN 202110991419 A CN202110991419 A CN 202110991419A CN 113619786 A CN113619786 A CN 113619786A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frame
driving device
micro
aircraft
electrostatic force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110991419.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王朝晖
王燎
郑腾飞
李永康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202110991419.8A priority Critical patent/CN113619786A/zh
Publication of CN113619786A publication Critical patent/CN113619786A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/028—Micro-sized aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/34—In-flight charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002—Electrostatic motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Abstract

本发明提供的一种基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机，包括充电纤维、框架和阵列尖端电极组；通过高压给充电纤维充满负电荷，从而与大气电场相互作用产生向上的电场力，实现飞行器的上升；通过给阵列尖端电极组施加一定高压，电极尖端附近空气会发生电离，从而在电极附近产生大量正离子和自由电子。由于电极周围的阳离子距离电极很近，会被吸附在电极附近，而自由电子则会分散出去，与空气中的分子或者原子结合形成负离子，这些负电荷与纤维接触从而给纤维充电，两者配合则可实现飞行器的上升、下降以及悬停功能，该微型飞行器驱动装置耗能低且无需不间断持续耗能，具有超长续航、结构简单、质量轻、无噪音、运行平稳、应用场景广泛等优点。

Description

基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机
技术领域
本发明涉及超轻质电场微型飞行器技术，具体为一种基于静电力的微型飞行器驱动装置。
背景技术
微型飞行器具有体积小、重量轻、易隐蔽、室内小环境中也能来去自如等特点，使得微型飞行器无论是民用还是军用都有着十分广阔的前景。对于微型飞行器来说，如何提高续航能力，以及如何尽量减小其体积与质量，一直是研究人员致力突破的方向。而对于超轻质的MAV，续航能力的提高与飞行器自身重量要求的矛盾一直是一大难题。
传统微型飞行器，质量大多都在几十克的范围，续航能力只在5-20分钟左右。当质量下降到克甚至毫克级时，基本只有扑翼型飞行器能够满足飞行要求，但其续航能力基本难以保持，大多在5分钟以内或者依靠有缆飞行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种长续航能力，小质量以及飞行无噪音的基于静电力的微型飞行器驱动装置。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，包括充电纤维、框架和阵列尖端电极组；
所述阵列尖端电极组设置在框架的顶面，所述充电纤维的下端与框架连接，多个充电纤维沿框架的边缘设置并呈放射状，充电纤维与阵列尖端电极组绝缘隔离设置。
阵列尖端电极组，用于利用尖端效应将尖端附近的空气电离，在阵列尖端电极组附近产生阳离子和自由电子，阵列尖端电极组吸附阳离子，自由电子与空气中的分子或者原子结合形成负离子，负离子给充电纤维充电。
优选的，所述框架包括相互套设的外框架和内框架，外框架和内框架之间通过绝缘装置连接，充电纤维设置在外框架上，阵列尖端电极组设置在内框架上。
优选的，所述外框架和内框架分别为外圆环和内圆环，外圆环和内圆环同心设置，外圆环和内圆环之间通过多个绝缘连接条连接。
优选的，所述阵列尖端电极组包括多个尖端放电电极，多个尖端放电电极呈圆周阵列设置，尖端放电电极垂直设置，其下端与框架固接。
优选的，所述尖端放电电极为柱形结构，其上端为尖端。
优选的，所述充电纤维为高导电率轻质充电纤维。
优选的，所述框架为碳纤维框架。
一种无人机，包括无人机本体，以及微型飞行器驱动装置，微型飞行器驱动装置设置在无人机本体的顶部。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，包括充电纤维、框架和阵列尖端电极组；通过高压给充电纤维充满负电荷，从而与大气电场相互作用产生向上的电场力，实现飞行器的上升。在空中通过提高连接到充电纤维上的电压，使其发生放电现象从而失去一部分负电荷，则可减小向上的电场力；通过给阵列尖端电极组施加一定高压，利用尖端效应，电极尖端附近空气会发生电离，从而在电极附近产生大量正离子和自由电子。由于电极周围的阳离子距离电极很近，会被吸附在电极附近，而自由电子则会分散出去，与空气中的分子或者原子结合形成负离子，这些负电荷与纤维接触从而给纤维充电，用于飞行器在飞行过程中的电荷补充提高向上的电场力；两者配合则可实现飞行器的上升、下降以及悬停功能。本发明在应用时，只需要在起飞阶段给飞行器的高导电率轻质纤维充满电荷即可实现飞行，耗能极低也无需不间断持续耗能，具有超长续航、结构简单、质量轻、无噪音、运行平稳、应用场景广泛等优点。
附图说明
图1时本发明微型飞行器驱动装置的结构示意图；
图2是本发明的双圆环碳纤维框架和阵列式尖端电极组装结构示意图；
图3是本发明的双圆环碳纤维框架结构示意图；
图4是本发明的单根阵列式尖端电极结构示意图；
图5是本发明应用到无人机上的示意图；
各图中的附图标记及其对应的部件名称如下：
1、充电纤维；2、框架；3、阵列尖端电极组；4、外圆环；5、绝缘连接条；6、内圆环；7、尖端放电电极；8、无人机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参阅图1-5，一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，包括充电纤维1、框架2和阵列尖端电极组3。
所述阵列尖端电极组3设置在框架的顶面，所述充电纤维1的下端与框架2连接，多个充电纤维1沿框架的边缘设置并呈放射状，充电纤维1与阵列尖端电极组3绝缘隔离设置。
所述框架2包括相互套设的外框架和内框架，外框架和内框架之间通过绝缘装置连接，充电纤维1设置在外框架上，阵列尖端电极组3设置在内框架上。
外框架和内框架均采用碳纤维材料制成，外框架和内框架分别为外圆环4和内圆环6，外圆环4和内圆环6同心设置，外圆环4和内圆环6之间通过多个绝缘连接条5连接，优选为两个绝缘连接条，两个绝缘连接条对称设置。
阵列尖端电极组3包括多个尖端放电电极7，多个尖端放电电极7呈圆周阵列设置，尖端放电电极7垂直设置，其下端与内圆环固接。
所述尖端放电电极7为柱形结构，其上端为尖端，形成尖端电极。
所述充电纤维1为高导电率轻质充电纤维。
固定在外圆环上的高导电率轻质充电纤维，做为基于静电力的微型飞行器驱动装置的动力部件，可通过高压直流电源充满负电荷，与方向向上的大气电场产生相互作用，在电场中产生升力。通过高压直流给高导电率轻质充电纤维充满负电荷，通过大气电场的作用而产生向上的电场力，该基于静电力的微型飞行器驱动装置就能以一定初速度上升。在上升到期望高度后，通过提高连接到高导电率轻质充电纤维上的电压，使其发生放电现象从而失去一部分负电荷，减小向上的电场力直至电场力与重力达到平衡，则可实现一定高度的悬停。
无人机的电池组通过变压模块输出一定高压，给阵列电极组施加一定高压，利用尖端效应，电极尖端电场强度极高，将电极尖端附近空气电离，从而在阵列尖端电极组3附近产生大量正离子和自由电子。由于阵列尖端电极组3周围的阳离子距离电极很近，会被吸附在阵列式尖端电极3附近，而自由电子则会分散出去，与空气中的分子或者原子结合形成负离子，这些负电荷与高导电率轻质充电纤维接触从而给纤维充电，用于微型飞行器驱动装置在飞行过程中的电荷补充提升向上的电场力，两者配合实现飞行器的上升、下降以及悬停控制。
参阅图5，一种无人机，包括无人机本体，以及设置在其顶部的上述微型飞行器驱动装置。
该微型飞行器驱动装置由于耗能极低也无需不间断持续耗能，超长续航、结构简单、质量轻、无噪音、运行平稳等特点，除实现自身飞行外，装设在无人机8上，给无人机提供垂直向上的悬浮力，降低无人机的功耗延长其续航能力。
本发明提供的基于静电力的微型飞行器驱动装置，根据蜘蛛利用带电蛛丝借助大气电场飞航，可以在自身不携带持续供能能源的情况下，实现了超长距离的长时间高空飞行，这一方法克服了微型飞行器续航能力与超轻质之间的矛盾，解决现阶段微型飞行器续航能力难以提升的难题，该驱动装置无需持续耗能就能实现长时间的飞行，还具有质量轻、无噪音、结构简单等优点，能够为无人机等提供垂直方向的悬浮力，降低其功耗延长其续航能力。
该基于静电力的微型飞行器驱动装置，利用大气电场产生的电场力给飞行器提供升力，只需要在起飞阶段给飞行器的高导电率轻质纤维充满电荷即可实现飞行，耗能极低也无需不间断持续耗能，具有超长续航能力的优点。
其次，该型飞行器驱动装置结构简单，框架采用高强度低密度的碳纤维材料，克服了微型飞行器续航能力与超轻质之间的矛盾，具有质量轻的优点，由于内部无活动部件，在工作过程中不会产生噪音且运行平稳。
该基于静电力的微型飞行器驱动装置，在应用时可以利用纤维有效力计算模型，根据实际应用场景的电场强度选用不同的纤维参数，来提供不同等级的升力，应用范围宽泛。
该基于静电力的微型飞行器驱动装置，其长续航能力，小质量以及飞行无噪音的特点，实现空中通信中基站，有毒气体或化学物质监控，农作物害虫追踪；定点监视、侦察，电子干扰等功能，其研制不论在民用领域还是军事领域都具有重要战略意义。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，其特征在于，包括充电纤维(1)、框架(2)和阵列尖端电极组(3)；
所述阵列尖端电极组(3)设置在框架的顶面，所述充电纤维(1)的下端与框架(2)连接，多个充电纤维(1)沿框架的边缘设置并呈放射状，充电纤维(1)与阵列尖端电极组(3)绝缘隔离设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，其特征在于，所述框架(2)包括相互套设的外框架和内框架，外框架和内框架之间通过绝缘装置连接，充电纤维(1)设置在外框架上，阵列尖端电极组(3)设置在内框架上。
3.根据权利要求2所述的一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，其特征在于，所述外框架和内框架分别为外圆环(4)和内圆环(6)，外圆环(4)和内圆环(6)同心设置，外圆环(4)和内圆环(6)之间通过多个绝缘连接条(5)连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，其特征在于，所述阵列尖端电极组(3)包括多个尖端放电电极(7)，多个尖端放电电极(7)呈圆周阵列设置，尖端放电电极(7)垂直设置，其下端与框架(2)固接。
5.根据权利要求4所述的一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，其特征在于，所述尖端放电电极(7)为柱形结构，其上端为尖端。
6.根据权利要求1所述的一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，其特征在于，所述充电纤维(1)为高导电率轻质充电纤维。
7.根据权利要求1所述的一种基于静电力的微型飞行器驱动装置，其特征在于，所述框架(2)为碳纤维框架。
8.一种无人机，其特征在于，包括无人机本体，以及权利要求1-7任一项所述的微型飞行器驱动装置，微型飞行器驱动装置设置在无人机本体的顶部。
CN202110991419.8A 2021-08-26 2021-08-26 基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机 Pending CN113619786A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110991419.8A CN113619786A (zh) 2021-08-26 2021-08-26 基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110991419.8A CN113619786A (zh) 2021-08-26 2021-08-26 基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113619786A true CN113619786A (zh) 2021-11-09

Family

ID=78388026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110991419.8A Pending CN113619786A (zh) 2021-08-26 2021-08-26 基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113619786A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115158650A (zh) * 2022-08-03 2022-10-11 浙江大学 一种双层顶置式静电驱动飞行器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101430938A (zh) * 2007-11-07 2009-05-13 中国科学院微电子研究所 一种微尖端阵列器件及其制作方法
RU2469914C1 (ru) * 2011-07-12 2012-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Микросистемный летательный аппарат
CN109178315A (zh) * 2018-10-30 2019-01-11 北京航空航天大学 一种吸附式的侦察作战微型无人机
CN112027079A (zh) * 2020-09-10 2020-12-04 福州市长乐区白英设计有限公司 一种仿生飞行器以及控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101430938A (zh) * 2007-11-07 2009-05-13 中国科学院微电子研究所 一种微尖端阵列器件及其制作方法
RU2469914C1 (ru) * 2011-07-12 2012-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Микросистемный летательный аппарат
CN109178315A (zh) * 2018-10-30 2019-01-11 北京航空航天大学 一种吸附式的侦察作战微型无人机
CN112027079A (zh) * 2020-09-10 2020-12-04 福州市长乐区白英设计有限公司 一种仿生飞行器以及控制方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115158650A (zh) * 2022-08-03 2022-10-11 浙江大学 一种双层顶置式静电驱动飞行器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN208226632U (zh) 一种四旋翼无人机自主充电装置
CN113619786A (zh) 基于静电力的微型飞行器驱动装置及无人机
CN108001677B (zh) 一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机
CN205971873U (zh) 一种防坠毁多旋翼无人机
CN108146608B (zh) 一种具有矢量推力的旋翼与充气气囊复合式浮空飞行器
CN107187588B (zh) 一种具有安全减震功能的智能无人机
CN201367116Y (zh) 一种微小型扑旋翼飞行器
CN105947191A (zh) 一种新型多旋翼无人机
CN110481768A (zh) 四轴旋翼倾转旋翼太阳能无人机
CN114148547A (zh) 一种仿蒲公英火星飞行器及其装置和控制方法
CN116923744A (zh) 一种等离子垂直起降无人机
CN211711042U (zh) 一种飞艇和多旋翼无人机组合的飞行器
CN218751467U (zh) 无人机分布式供电装置及无人机
CN201914460U (zh) 一种新型旋翼式碟形飞行器
CN108502136B (zh) 一种水平降落式多旋翼无人机机身盒
RU2476351C1 (ru) Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой
CN108327888A (zh) 一种使介电高弹性球体产生可控浮力的方法
CN111733716B (zh) 一种驻塔式无人机起降系统
CN213323749U (zh) 一种新型无人机发射平台
CN211519835U (zh) 一种高续航能力的飞行器检测设备
CN101346849A (zh) 无铅电池和使用其的车辆系统
CN113690546A (zh) 一种锂硫电池隔膜及其制备方法和应用
CN106314806A (zh) 一种无人机风光互补发电系统及其运行方法
CN211033008U (zh) 一种无人驾驶机用机架结构
CN206107581U (zh) 一种无人机风光互补发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination