- 新型風傳感器起飛以提高無人機性能
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2022/8/22
研究人員開發了一種有效率的風傳感器，以提高無人機、氣球和其他自主飛機的起飛和著陸穩定性。
對自動駕駛飛行器的需求正在上升——一些預測預測市場價值將從 2019 年的 45.6 億美元飛躍到 2027 年的 162.3 億美元。在這個市場中，風傳感器（或“風速計”）對于監測風速和起飛和降落時的方向。 風傳感器對于優化飛機和小型飛行器的軌跡至關重要。他們還預測和優化風力渦輪機的性能。
國家空域系統中的自主飛機。圖片（修改）由NASA提供
目前，飛行器使用皮托管來測量空速。這些管子包含靜止的移動流體。停滯壓力與其他參數一起用于確定流體流速或空速。然而，這些管子需要電加熱器來防止流體凍結，這會降低小型和微型飛行器的效率。
為了提高自動駕駛飛機的穩定性，俄亥俄州立大學的研究人員近期開發了一種翼型風速計，它重量輕、功耗低且對壓力變化更敏感。研究人員遇到了現有風速計的哪些設計挑戰？
風速計的類型
當前的許多風傳感器價格昂貴、耗能高或大氣阻力大，因此不適合小型飛機。
常見的風速計是機械式風速計。它包含一個輪子，輪子的輻條末端帶有杯子或螺旋槳，其中一個附有磁鐵。每次磁鐵通過磁敏開關時，它都會提供風速讀數。然而，機械風速計的尺寸、響應時間慢和高氣動阻力使其不適用于航空應用。
熱線風速計體積小，精度高。這里，溫度梯度是通過使用橋式電路的熱敏電阻來測量的。加熱元件需要不斷加熱，導致能耗高。
轉杯式電子風速計示意圖。圖片由大英百科全書提供
另一種流行的風傳感器是風速計，它根據壓電片等活性材料中的氣流引起的變形來測量風速。雖然它們體積小且功耗較低，但阻力風速計的傳感范圍和精度有限，并且高度依賴于溫度。
聲波風速計等基于傳感器的方法測量發射和接收的聲波之間的傳播時間或相位差，但它們需要復雜的信號處理才能獲得可靠的結果。
采用智能材料的新型風速計
俄亥俄州立大學的一組研究人員開發了一種翼型風速計，用于穩定飛機的智能系繩系統。該傳感器是一個翼型套筒，可安裝在系繩系統上以減少空氣動力阻力。
該團隊使用一種稱為聚偏二氟乙烯 (PVDF) 的聚合物作為壓電翼型，利用風壓產生的能量為風速計提供動力。該傳感器集成了數據處理、無線通信、能量收集和其他模塊。
翼型風速計示意圖。圖片由Frontiers提供
機翼充當風向標，以穩定的“迎角”定向。這是弦（附有箔片）與氣流方向之間的角度。角位置可用于確定風向，PVDF薄膜的電壓或電容變化與風速有關。角位置由集成在翼型中的磁力計確定。它提供相對于地球磁場的風向。
新的翼型風速計在行動
研究人員在密封室中測試了他們的設備以確定其靈敏度。然后，他們在風洞中對其進行了測試。該傳感器在這兩項測試中都表現很好。
在密封室中進行風速計測試的實驗裝置。圖片由Frontiers提供（修改）
研究人員指出，需要進一步改進才能在商業應用中部署這種傳感器技術。他們繼續研究 PVDF 和其他智能材料。該研究的合著者、俄亥俄州立大學機械和航空航天工程教授馬塞洛·達皮諾希望他們的工作能夠影響風力渦輪機等應用，以產生清潔和有效的能源。
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