Zobacz MIT Engineers Fly-Ever Plane With No Moving Parts

Inżynierowie MIT zbudowali i latali pierwszy samolot bez ruchomych części. Zamiast śmigieł lub turbin, lekki samolot jest zasilany „jonowym wiatrem” - cichym, lecz potężnym strumieniem jonów wytwarzanym na pokładzie samolotu, który generuje wystarczający ciąg, aby napędzać samolot ponad stałym, stałym lotem.

Inżynier Steven Barrett mówi, że inspiracja dla samolotu jonowego zespołu pochodzi częściowo z serialu filmowego i telewizyjnego, Star Trek, który z zapałem obserwował jako dziecko. Szczególnie pociągały go futurystyczne wahadłowce, które bez trudu prześlizgnęły się w powietrzu, z pozornie żadnymi ruchomymi częściami i prawie żadnym hałasem ani spalinami.

„Pomyślałem, że w dłuższej perspektywie samoloty nie powinny mieć śmigieł i turbin” - mówi Barrett. „Powinny być bardziej jak promy w Star Trek, które mają tylko niebieską poświatę i cicho się ślizgają. ”

Około dziewięć lat temu Barrett zaczął szukać sposobów zaprojektowania układu napędowego dla samolotów bez ruchomych części. W końcu natknął się na „wiatr jonowy”, znany również jako pchnięcie elektroaerodynamiczne - zasada fizyczna, która została po raz pierwszy zidentyfikowana w latach 20. XX wieku i opisuje wiatr lub pchnięcie, które może powstać, gdy prąd przepływa między cienką i grubą elektrodą. Jeśli przyłożone zostanie wystarczające napięcie, powietrze pomiędzy elektrodami może wytworzyć wystarczający ciąg, aby napędzić mały samolot.

Przez lata ciąg elektroerodynamiczny był głównie projektem hobbystów, a projekty w większości ograniczały się do małych „podnośników” biurowych przywiązanych do dużych napięć zasilających, które wytwarzają wystarczającą ilość wiatru, aby mały statek mógł na chwilę zawisnąć w powietrzu. W dużej mierze przyjęto założenie, że niemożliwe byłoby wyprodukowanie wystarczającej ilości wiatru jonowego, aby napędzać większy samolot podczas długiego lotu.

„To była nieprzespana noc w hotelu, kiedy byłem opóźniony, i zastanawiałem się nad tym i zacząłem szukać sposobów, w jakie można to zrobić”, wspomina. „Wykonałem kilka obliczeń z tyłu koperty i odkryłem, że tak, może to stać się realnym systemem napędowym” - mówi Barrett. „Okazało się, że potrzeba było wielu lat pracy, aby przejść od pierwszego lotu testowego”.

Ostateczny projekt zespołu przypomina duży, lekki szybowiec. Samolot, który waży około pięciu funtów i ma pięciometrową rozpiętość skrzydeł, niesie szereg cienkich drutów, które są nawleczone jak poziome ogrodzenie wzdłuż i poniżej przedniego końca skrzydła samolotu. Druty działają jak elektrody naładowane dodatnio, podczas gdy podobnie rozmieszczone grubsze druty, biegnące wzdłuż tylnego końca skrzydła samolotu, służą jako elektrody ujemne.

Kadłub samolotu zawiera stos baterii litowo-polimerowych.Do zespołu samolotów jonowych Barretta należeli członkowie grupy badawczej Power Electronics należącej do profesora Davida Perreaulta w Laboratorium Badawczym Elektroniki, którzy zaprojektowali zasilacz, który zamieniłby wyjście baterii na wystarczająco wysokie napięcie, aby napędzać samolot. W ten sposób akumulatory dostarczają energię elektryczną o napięciu 40 000 woltów, aby ładować przewody dodatnio przez lekki konwerter mocy.

Gdy przewody zostaną pobudzone, działają w celu przyciągnięcia i usunięcia ujemnie naładowanych elektronów z otaczających cząsteczek powietrza, jak gigantyczny magnes przyciągający opiłki żelaza. Pozostawione cząsteczki powietrza są nowo zjonizowane i są z kolei przyciągane przez ujemnie naładowane elektrody z tyłu płaszczyzny.

Gdy nowo utworzona chmura jonów przepływa w kierunku ujemnie naładowanych drutów, każdy jon zderza się miliony razy z innymi cząsteczkami powietrza, tworząc ciąg, który napędza samolot do przodu.

Zespół, w skład którego wchodzili także pracownicy Lincoln Laboratory Thomas Sebastian i Mark Woolston, latali samolotem w wielu lotach testowych po sali gimnastycznej w duPont Athletic Centre MIT - największej przestrzeni wewnętrznej, jaką mogli znaleźć, aby przeprowadzić eksperymenty. Zespół przeleciał samolotem w odległości 60 metrów (maksymalna odległość w siłowni) i odkrył, że samolot wytworzył wystarczającą siłę ciągu jonowego, aby utrzymać lot przez cały czas. Powtórzyli lot 10 razy, z podobną wydajnością.

„To był najprostszy możliwy samolot, jaki mogliśmy zaprojektować, który mógłby udowodnić koncepcję, że samolot jonowy może latać”, mówi Barrett. „Jest jeszcze daleko od samolotu, który mógłby wykonać użyteczną misję. Musi być bardziej wydajny, latać dłużej i latać na zewnątrz. ”

Zespół Barretta pracuje nad zwiększeniem wydajności swoich projektów, aby produkować więcej wiatru jonowego przy mniejszym napięciu. Naukowcy mają również nadzieję na zwiększenie gęstości ciągu projektowego - ilości ciągu generowanego na jednostkę powierzchni. Obecnie latanie samolotem lekkiej ekipy wymaga dużej powierzchni elektrod, która zasadniczo stanowi układ napędowy samolotu. Idealnie, Barrett chciałby zaprojektować samolot bez widocznego układu napędowego lub oddzielnych powierzchni sterujących, takich jak stery i windy.

„Dotarcie tutaj zajęło dużo czasu”, mówi Barrett. „Przejście od podstawowej zasady do czegoś, co rzeczywiście leci, to długa droga charakteryzowania fizyki, a następnie wymyślenie projektu i sprawienie, by działał. Teraz możliwości tego rodzaju układu napędowego są opłacalne. ”