새로운 바람 센서는 스마트 재료를 사용하여 드론 성능을 향상시킵니다.
연구원들은 풍력계에 대한 새로운 개념을 테스트합니다.
날짜:
2022년 8월 8일
원천:
오하이오 주립대학교
요약:
엔지니어들은 드론, 풍선 및 기타 자율 항공기에 사용할 보다 효율적인 바람 센서를 설계하고 성공적으로 테스트했습니다.
엔지니어들은 드론, 풍선 및 기타 자율 항공기에 사용할 보다 효율적인 바람 센서를 설계하고 성공적으로 테스트했습니다.
풍속계라고 하는 이러한 풍향 센서는 풍속과 방향을 모니터링하는 데 사용됩니다. 연구원에 따르면 자율 항공기에 대한 수요가 증가함에 따라 이러한 차량이 날씨 변화를 더 쉽게 감지하고 더 안전한 이착륙을 수행할 수 있도록 더 나은 풍향 센서가 필요합니다.
이 연구의 공동 저자이자 오하이오 주립 대학의 기계 및 항공 우주 공학 교수인 마르셀로 다피노(Marcelo Dapino)는 이러한 개선 사항이 패키지를 배달하는 드론이나 언젠가는 무인 항공기를 타고 날아가는 승객을 통해 사람들이 지역 영공을 사용하는 방식을 개선할 수 있다고 말했습니다. .
Dapino는 "공역을 사용하여 효율적인 방식으로 물건을 이동하거나 운송하는 우리의 능력은 엄청난 사회적 영향을 미칩니다."라고 말했습니다. "그러나 이러한 비행 물체를 작동하려면 차량이 유인이든 무인이든 실시간으로 정확한 바람 측정이 가능해야 합니다." 그는 공중 물체가 장거리를 가로지르는 것을 돕는 것 외에도 풍력 터빈의 성능을 최적화하고 에너지를 예측하기 위해 정확한 바람 측정도 중요하다고 말했습니다.
그들의 연구는 Frontiers in Materials 저널에 발표되었습니다 .
기존의 풍속계는 데이터를 수집하는 방법이 다르지만 모두 한계가 있다고 Dapino는 말했습니다. 풍속계는 만드는 데 비용이 많이 들고 많은 양의 에너지를 소비하며 공기역학적 항력이 높기 때문에(이는 계기가 공기를 통한 항공기의 움직임에 반대한다는 의미임) 많은 유형이 소형 항공기에 적합하지 않습니다. 그러나 Ohio State 팀의 풍속계는 기존 유형보다 가볍고, 에너지가 낮고, 항력이 낮고 압력 변화에 더 민감합니다.
이 연구의 공동 저자이자 오하이오 주립대의 기계 및 항공 우주 공학 선임 연구원인 Leon Headings는 이 기기가 환경을 감지하고 반응할 수 있도록 제어할 수 있는 특성을 가진 물질인 스마트 재료로 제작되었다고 말했습니다. . 연구팀은 PVDF(Polyvinylidene fluoride)라는 전기 고분자를 사용했다. 건축 코팅 및 리튬 이온 배터리에 광범위하게 사용되는 PVDF는 압전일 수 있습니다. 즉, 압력이 가해지면 전기 에너지가 생성됩니다. 이 에너지는 장치에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있습니다. 측정된 전압 또는 유연한 PVDF 필름 조각의 정전용량 변화는 풍속과 상관관계가 있을 수 있습니다.
PVDF 센서는 비행기 날개와 유사한 에어포일에 통합되어 공기역학적 항력을 줄입니다. 익형은 바람개비처럼 자유롭게 회전하기 때문에 바람의 방향을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
그러나 그들의 장치가 지구 대기에 노출되면 어떻게 작동하는지 테스트하기 위해 연구원들은 두 갈래의 실험을 설계했습니다. 먼저, 압력 센서는 감도를 결정하기 위해 밀폐된 챔버에서 테스트되었습니다. 그런 다음 센서를 에어포일에 통합하고 풍동에서 테스트했습니다. 결과는 센서가 기압과 풍속을 모두 매우 잘 측정한다는 것을 보여주었습니다. 에어포일에 통합된 소형 디지털 자력계 나침반은 지구 자기장에 대한 에어포일의 절대 방향을 측정하여 정확한 풍향 데이터를 제공합니다.
그러나 풍향 센서 개념을 통제된 연구 환경에서 상업적 응용으로 옮기기 위해서는 더 많은 연구가 수행되어야 합니다. 그의 팀이 센서 기술을 개선하기 위해 PVDF 및 기타 고급 재료로 계속 작업함에 따라 Dapino는 그들의 작업이 궁극적으로 항공기 외부에서 사용할 수 있는 깨끗하고 효율적이며 쉽게 사용할 수 있는 에너지를 위한 풍력 터빈과 같은 기술로 이어지기를 희망합니다. 공공의.
"이들은 매우 진보된 재료이며 많은 응용 분야에서 사용될 수 있습니다."라고 Dapino가 말했습니다. "우리는 소형 풍력 에너지 발전을 가정으로 가져오기 위해 이러한 응용 프로그램을 구축하고 싶습니다."