Flyv højt og langt med Asiens første fuldt solcelledrevne quadcopter-drone

Et hold fra National University of Singapore (NUS) Fakultet for Ingeniørvidenskab har udviklet Asiens første fuldt solcelledrevne quadcopter-drone. Flyet har fløjet over 10 meter i testflyvninger og opnået kontrollerbar flyvning uden brug af batterier.

Fly, der kan lette og lande direkte uden behov for en landingsbane – såsom helikoptere og quadcoptre – er attraktive for personlige, kommercielle og militære applikationer, da de kræver mindre fysisk plads og infrastruktur sammenlignet med traditionelle fastvingede fly. Et hold fra National University of Singapore (NUS) har opnået et stort skridt fremad i at strække quadcopter-dronernes muligheder ved udelukkende at drive flyvningen med naturligt sollys.

En første i Asien, den nuværende prototype har fløjet over 10 meter i testflyvninger - højere end en typisk tre-etagers bygning - ved at bruge solenergi uden batteri eller anden energilagring om bord.

Denne solcelledrevne drone, som er udviklet som et studenterprojekt under Innovation &Design Program (iDP) på NUS Det Tekniske Fakultet, kan lette og lande lodret uden landingsbane. Konstrueret af letvægts kulfibermateriale, quadcopter-dronen vejer kun 2,6 kg, og har et areal på ca. 4 kvm. Den er udstyret med 148 individuelt karakteriserede siliciumsolceller og understøttet af en ramme udstyret med fire rotorer.

En stor luftfartspræstation

Roterende vingefly er betydeligt mindre effektive til at generere løft sammenlignet med deres modparter med faste vinger. Derfor, mens der har været eksempler på solcellefly i de senere år, et levedygtigt 100 procent roterende solcellefly, der kan lette og lande vertikalt, er fortsat en stor ingeniørudfordring til dato.

"Vores fly er ekstremt let i forhold til sin størrelse, og den kan flyve, så længe der er sollys, selv i timevis. I modsætning til konventionelle quadcopter-droner, vores fly er ikke afhængig af batterier om bord, og det er derfor ikke begrænset af flyvetid. Dens evne til at lande på en hvilken som helst flad overflade og flyve ud af jorden effekt på en kontrolleret måde gør den også velegnet til praktisk implementering, " sagde lektor Aaron Danner fra Institut for Elektro- og Computerteknik ved NUS Det Tekniske Fakultet, der overvågede projektet.

Den solcelledrevne quadcopter-drone kan styres med fjernbetjening eller programmeres til at flyve autonomt ved hjælp af et GPS-system, der er indbygget i flyet. Flyet kan potentielt bruges som et 'flyvende solpanel' til at levere nødsolenergi til katastrofeområder, samt til fotografering, levering af små pakker, overvågning og inspektion. Batterier kan indbygges for at drive flyet, når der ikke er sollys, eller til opladning under flyvning for at muliggøre drift, når det er overskyet eller mørkt. Anden hardware såsom kameraer kan også inkluderes til specifikke applikationer.

Siden 2012 har otte NUS elevteams har foretaget successive designforbedringer og arbejdet hen imod et fuldt solcelledrevet fly under opsyn af assoc prof Danner, som også har en fælles ansættelse ved Solar Energy Research Institute of Singapore ved NUS. Den første solar-assisterede quadcopter drone udviklet af studerende i 2012 kunne kun opnå 45 procent af flyvekraften fra solceller og resten fra batterier om bord.

Det seneste hold, bestående af det daværende sidste års NUS-ingeniørstuderende Mr Goh Chong Swee, Mr Kuan Jun Ren og Mr Yeo Jun Han, foretaget yderligere forbedringer af de tidligere prototyper af quadcopter-dronen. De opnåede til sidst en fuldt soldrevet flyvning med deres seneste prototype. Holdets medlemmer, som netop er færdiguddannet fra NUS i juli 2018, blev i fællesskab overvåget af Brian Shohei Teo fra iDP-programmet for dette projekt.

Mr Yeo sagde, "Vi stødte på mange tekniske udfordringer, da vi byggede dronen. Disse omfattede at finde et optimalt antal solceller, der var effektive og lette nok til at drive fremdriftssystemet, som igen skal være let og samtidig i stand til at producere tilstrækkelig fremdrift til at løfte flyet. Andre problemer, vi stod over for, omfattede tuning og kalibrering af flyvekontroller for at forbedre flystabiliteten, samt at designe en ramme, der er let og alligevel tilstrækkelig stiv. Dette har været en fremragende læringsmulighed for os."

"At være i stand til at få noget til at flyve under kontrol i lang tid er et meget komplekst ingeniørproblem. Vores studerende har opnået flyvning i sin reneste form, drevet af naturligt sollys. Dette er en fantastisk præstation, " sagde hr. Teo.

Holdet vil fortsætte med at finjustere flyet for yderligere at forbedre dets effektivitet. Med disse forbedringer, de håber at bringe teknologien tættere på kommercialisering.