专栏名称: 北京石墨烯研究院
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BGI硬核技术上阵!人工影响天气无人机轻松呼风唤雨

北京石墨烯研究院  · 公众号  ·  · 2024-12-19 18:00

正文

作为农业大国,中国人民始终怀揣着对风调雨顺、丰收增产的期盼。这份基本的需求驱动着农业科技不断发展,助力现代化农业强国建设。


人工影响天气技术已经成为推动农业发展、生态保护的重要手段。党的十八大以来,国家陆续出台《关于推进人工影响天气工作高质量发展的意见》、《气象高质量发展纲要(2022—2035年)》等重要政策,成为推动生态环境修复,护佑美丽中国建设的有力举措。

技术难题:无人机结冰制约高空飞行



无人机技术在人工影响天气中发挥重要作用,广泛应用于农业增产、水资源调配和生态保护等领域。然而,机翼前缘等迎风部位受大气中过冷水滴撞击易产生积冰,影响飞机的气动布局,危及飞行安全,甚至导致飞行失控。相关研究表明:1mm 前缘的机翼结冰会减少30%的升力,阻力增加至少约 40%,进而导致升力下降、阻力增加,有失速并摔机风险。


如何有效解决该问题,是困扰业界多年的难题之一,既有的解决方案存在有效期短、除冰效果不佳、能耗过大等问题,极大制约了其实际应用效果。




创新之道:蒙烯玻纤的多功能优势



BGI自主研发的蒙烯玻纤材料融合了石墨烯的导电导热特性与玻璃纤维的高强度与柔性优势,具备轻质、稳定、多功能等特点,为解决恶劣环境下的机翼结冰难题提供了全新方案。


其编织物轻质、柔性且性能稳定,可调控面电阻以适应不同场景,为解决风电叶片、航空飞行器等翼型结构装备在恶劣环境下的结冰问题提供新方案。2023年3月14日,全球首台应用此技术的风电叶片吊装成功,开启了蒙烯玻纤应用的新时代。





技术攻坚:复合电极突破防除冰难题



BGI无人机团队创新性地将蒙烯玻纤材料引入防除冰领域,攻克了无人机机翼结冰的技术瓶颈。面对充满未知的挑战,他们努力攻坚,自主研发出“喷铜+铜网+蒙烯玻纤导电纤维”的复合电极技术,并创新设计出加热器件出线的压接端子与设备。这一系列的技术革新,不仅显著增强了电极的载流能力与拉伸强度,更在稳定性上实现了质的飞跃,成功解锁了人工影响天气无人机在高空作业时的防除冰难题。


制作完成的无人机加热片实物图




可行性验证:飞行安全的新保障



在攻克技术难关之后,BGI无人机项目组并未止步,其又从工艺兼容性、升温速率、防水、绝缘、电气强度等方面对其创新复合工艺展开了深入且细致的可行性验证。试验证明,该工艺在高空环境下通电后,可实现快速除冰,并有效解决了电阻元件与机翼蒙皮的相容性与稳定性问题,为无人机的高空飞行提供了强有力的安全保障。这一重大突破,无疑为无人机的飞行安全铸就了一道坚不可摧的盾牌。










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