新型风传感器使用智能材料提高无人机性能

工程师设计并成功测试了一种更高效的风传感器，可用于无人机、气球和其他自主飞机。这些风传感器——称为风速计——用于监测风速和风向。研究人员表示，随着对自动驾驶飞机的需求增加，需要更好的风传感器，以使这些车辆更容易感知天气变化并执行更安全的起飞和着陆。

该研究的合著者、俄亥俄州立大学机械与航空航天工程教授马塞洛·达皮诺说，这些改进可以改善人们使用当地空域的方式，无论是通过无人机运送包裹还是通过无人驾驶飞机飞行的乘客。.

“我们利用空域移动或有效运输物品的能力具有巨大的社会影响，”达皮诺说。“但要操作这些飞行物体，无论车辆是有人驾驶还是无人驾驶，都必须实时获得精确的风测量。”除了帮助空中物体穿越长距离外，准确的风力测量对于能源预测和优化风力涡轮机的性能也很重要。

Dapino说，传统的风速计收集数据的方式各不相同，但它们都有局限性。由于风速计制造成本高、耗能大、空气动力阻力大——这意味着仪器会阻止飞机在空中的运动——许多类型的风速计不适合小型飞机。但俄亥俄州立大学团队的风速计重量轻、能量低、阻力小，并且比传统类型的风速计对压力变化更敏感。

该研究的合著者、俄亥俄州立大学机械和航空航天工程高级研究员LeonHeadings表示，该仪器是由智能材料制成的——具有可控制特性的物质，使它们能够感知环境并对其做出反应。该团队使用了一种称为聚偏二氟乙烯(PVDF)的电聚合物。PVDF广泛用于建筑涂料和锂离子电池，它可以是压电的，当施加压力时会产生电能。该能量可用于为设备供电。一块柔性PVDF薄膜的测量电压或电容变化可以与风速相关联。

PVDF传感器集成在机翼中，类似于飞机机翼，可减少空气动力阻力。因为翼型像风向标一样可以自由旋转，所以可以用来测量风向。

但是为了测试他们的设备一旦受到地球大气层的影响，研究人员设计了一个双管齐下的实验。首先，压力传感器在密封室中进行测试以确定其灵敏度。然后，将传感器整合到机翼中并在风洞中进行测试。结果表明，该传感器可以很好地测量压力和风速。集成在机翼中的小型数字磁力计罗盘通过测量机翼相对于地球磁场的绝对方向来提供精确的风向数据。

但需要做更多的研究才能将风传感器概念从受控研究环境转移到商业应用。随着他的团队继续与PVDF和其他先进材料合作以改进传感器技术，Dapino希望他们的工作最终将导致可以在飞机之外使用的技术，例如用于风力涡轮机的清洁、高效和随时可用的能源。上市。

“这些是非常先进的材料，可用于许多应用，”达皮诺说。“我们希望在这些应用的基础上为家庭带来紧凑型风能发电。”

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