4.2克的库仑飞行器,为什么普通马达反而不够用了?

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11-01 13:45

10月31日,2026超级科学晚的舞台上,一架翼展20厘米的小飞机在光照下离地。整机约4.2克,比一张A4纸还轻。 它没装电磁马达,现场也就没有传统马达的轰鸣。太乙科技

但它并不是“没有马达”。它有一个静电马达,靠库仑力转。真正值得问的不是“怎么把马达拿掉”,而是“为什么到了4克,马达非得换一种”。

把飞行器做小,先撞上的往往不是翅膀,是动力。10克以下的微型飞行器,续航通常不超过10分钟。 问题出在电磁马达自己身上:它靠线圈和磁铁,尺寸一小,线圈更细、电阻更大,轴承摩擦和散热都更难处理,效率跟着往下掉。 马达本身没有变弱,是它在小尺寸下把太多重量和能量花在了自己身上。NatureResearch Square

北航团队换了一条路:不靠磁场,靠电场。定子是8对交替正负的电极,转子是64片碳纤维叶片,表面覆铝箔导电。 叶片转到电极旁,通过电刷带上电荷,被一侧排斥、被另一侧吸引;越过电极后电荷极性翻转,推力方向不变,于是连续转下去。Research Square

它工作时的电压是千伏级,电流却只有几到几十微安。论文测到的电流范围是7.2到33.6微安,电机转起来几乎不发热。 同样带动一副桨,电磁马达的温度会很快升上去,它还能保持常温。在4克的整机里,废热不只是浪费电,还意味着要加散热、加重量。Research Square

静电马达还有一个反常识的特性:负载变了,扭矩基本不变,转速和电流自己调整。所以桨可以做得很大。桨越大,同样升力下转速越低,电流越小,效率越高。CoulombFly的桨直径20厘米,和翼展一样宽,整支桨只有0.44克。

马达之外,还有一道更难过的关:电源。静电马达要千伏,传统高压电源又大又重,装上就飞不起来。现场给出的数字是,这套升压电路约1克,能把3到5伏升到最高9000伏。 论文里的路径更具体:4.5伏直流进,经1:50变压器和12级倍压,出9千伏。太乙科技Research Square

飞行时实际用约6.8千伏,整机总功耗0.568瓦,升压环节的效率只有24.1%。 9000伏听起来吓人,但电流是微安级,功率不到0.6瓦。有点像冬天脱毛衣:电压不低,电荷量很小。高压在这里不是“大力”,而是用很小的电荷量换很强的电场力。也正因为能量账算得紧,它现在只能带很轻的东西:论文给出的余量约1.5克,刚好够放轻量传感器和控制电路。Research Square

2024年7月,《自然》刊出这台飞行器:4.21克,自然光920瓦每平方米,1秒内起飞,总功耗0.568瓦,升力功率比30.7克每瓦。此前的太阳能悬停飞行器重2.6公斤、尺寸约2米;这台只有它的1/600重,尺寸约是它的1/10。 在测试台上,它连续悬停1小时,电机性能保持稳定。但测试台有导轨:飞行器被两根竖直导轨约束,只能上下移动。 它还没有主动控制,团队把加多旋翼抵消反扭矩、加阻尼膜做被动稳定列为下一步。NatureResearch Square

2026超级科学晚的现场演示里,它靠静电电机腾空而起。 介绍里的说法更直白:有光就能起飞,光移开,它又能降落。 这句话听着像演示效果,其实也是它的能量逻辑:光在,电就在;光没了,高压消失,它自然落下来。大河报太乙科技

同一场介绍还提到,这项静电电机技术已经落地,变成了低功耗电脑芯片散热风扇和解决长时间过热难题的机器人关节电机。 这可能是比“最轻飞行器”更实际的落点:静电马达不一定要先飞,它可以先转。大河报

所以,“不靠传统马达”不是把动力删掉,而是换了一种力的来源。磁马达擅长把电流变成扭矩,静电马达擅长在克级结构里用高压低电流产生扭矩;当飞行器小到4.2克,后者的账才算得过来。比“最轻”这个纪录更值得记住的,是它提供的思路:微型化未必是把东西做小,也可以是换一种物理原理。

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