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May 30, 2023

새로운 풍속 센서는 스마트 소재를 사용해 드론 성능을 향상시킵니다.

엔지니어들은 드론, 풍선 및 기타 자율 항공기에 사용할 수 있는 보다 효율적인 풍속 센서를 설계하고 성공적으로 테스트했습니다. 풍속계라고 불리는 이러한 풍속 센서는 모니터링에 사용됩니다.

엔지니어들은 드론, 풍선 및 기타 자율 항공기에 사용할 수 있는 보다 효율적인 풍속 센서를 설계하고 성공적으로 테스트했습니다.

풍속계라고 불리는 풍속 센서는 풍속과 풍향을 모니터링하는 데 사용됩니다. 자율 항공기에 대한 수요가 증가함에 따라 이러한 차량이 날씨 변화를 더 쉽게 감지하고 보다 안전한 이착륙을 수행할 수 있도록 하려면 더 나은 풍향풍속 센서가 필요하다고 연구원들은 말합니다.

이번 연구의 공동저자이자 오하이오 주립대학교 기계항공우주공학과 교수인 마르셀로 다피노(Marcelo Dapino)는 이러한 개선을 통해 패키지를 배달하는 드론이나 언젠가 무인 항공기를 타고 비행하는 승객을 통해 사람들이 지역 영공을 사용하는 방식을 개선할 수 있다고 말했습니다. .

Dapino는 “공역을 사용하여 물건을 효율적으로 이동하거나 수송하는 능력은 사회적으로 큰 영향을 미칩니다.”라고 말했습니다. "그러나 이러한 비행 물체를 작동하려면 차량이 유인인지 무인인지에 관계없이 실시간으로 정확한 바람 측정이 가능해야 합니다." 공중 물체가 장거리를 이동할 수 있도록 돕는 것 외에도 정확한 바람 측정은 에너지 예측 및 풍력 터빈 성능 최적화에도 중요하다고 그는 말했습니다.

그들의 연구는 Frontiers in Materials 저널에 게재되었습니다.

기존 풍속계는 데이터를 수집하는 방법이 다양하지만 모두 한계가 있다고 Dapino는 말했습니다. 풍속계는 제작 비용이 많이 들고, 많은 양의 에너지를 소비하며, 공기역학적 항력이 높기 때문에(즉, 계기가 공기를 통과하는 항공기의 움직임에 반대함을 의미) 많은 유형이 소형 항공기에 적합하지 않습니다. 그러나 오하이오 주립대 팀의 풍속계는 기존 유형보다 가볍고, 에너지가 적고, 저항이 적으며, 압력 변화에 더 민감합니다.

이번 연구의 공동저자이자 오하이오 주립대의 기계 및 항공우주 공학 선임 연구원인 Leon Headings는 이 장비가 스마트 재료로 제작되었다고 말했습니다. 즉, 제어할 수 있는 특성을 가진 물질로 환경을 감지하고 반응할 수 있습니다. 연구팀은 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)라는 전기 고분자를 사용했습니다. 건축 코팅 및 리튬 이온 배터리에 광범위하게 사용되는 PVDF는 압전이 가능합니다. 즉, 압력이 가해질 때 전기 에너지를 생성합니다. 이 에너지는 장치에 전원을 공급하는 데 사용될 수 있습니다. 측정된 전압 또는 유연한 PVDF 필름 조각의 정전 용량 변화는 풍속과 상관관계가 있을 수 있습니다.

PVDF 센서는 비행기 날개와 유사한 익형에 통합되어 공기 역학적 항력을 줄입니다. 익형은 풍향계처럼 자유롭게 회전하기 때문에 바람의 방향을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

그러나 그들의 장치가 지구 대기에 노출된 후 어떻게 작동하는지 테스트하기 위해 연구자들은 두 가지 실험을 설계했습니다. 먼저 압력 센서를 밀폐된 챔버에서 테스트하여 감도를 확인했습니다. 그런 다음 센서를 익형에 통합하고 풍동에서 테스트했습니다. 결과는 센서가 압력과 풍속을 모두 매우 잘 측정한다는 것을 보여주었습니다. 익형에 통합된 소형 디지털 자력계 나침반은 지구 자기장을 기준으로 익형의 절대 방향을 측정하여 정확한 풍향 데이터를 제공합니다.

그러나 풍향풍속계 개념을 통제된 연구 환경에서 상용 응용 분야로 옮기려면 더 많은 연구가 필요합니다. 그의 팀이 센서 기술을 개선하기 위해 PVDF 및 기타 첨단 재료를 계속 사용하면서 Dapino는 그들의 연구가 궁극적으로 깨끗하고 효율적이며 쉽게 사용할 수 있는 에너지를 위한 풍력 터빈과 같은 항공기 외부에서 사용할 수 있는 기술로 이어지기를 바라고 있습니다. 공공의.

Dapino는 “이들은 매우 진보된 재료이며 다양한 응용 분야에 사용될 수 있습니다.”라고 말했습니다. "우리는 이러한 애플리케이션을 기반으로 소형 풍력 에너지 발전을 가정에 도입하고 싶습니다."

이 프로젝트는 오하이오 주립대학교 산학협력연구센터인 스마트 자동차 개념 센터의 일부입니다. 일본 Toyota Motors Corporation의 Eiji Itakura와 북미 Toyota 연구소의 Umesh Gandhi가 이 연구를 지원하는 팀을 이끌고 있습니다. 이 연구의 다른 공동 저자는 최근 오하이오 주립대 기계 공학 프로그램을 졸업한 Arun K. Ramanathan입니다.