Sledujte MIT inžinierov Fly First-Ever lietadlo bez pohyblivých častí

Inžinieri MIT stavali a lietali s vôbec prvým lietadlom bez pohyblivých častí. Namiesto vrtúľ alebo turbín je ľahké lietadlo poháňané „iónovým vetrom“ - tichým, ale mocným prúdom iónov, ktoré sa vytvárajú na palube lietadla, a ktoré generujú dostatok ťahu, ktorý poháňa lietadlo nad trvalým, stabilným letom.

Inžinier Steven Barrett hovorí, že inšpirácia pre iónovú rovinu tímu pochádza čiastočne z filmového a televízneho seriálu, Star Trek, ktorý pozorne sledoval ako dieťa. Zvlášť ho priťahovali futuristické raketoplány, ktoré bez námahy prechádzali vzduchom, pričom zdanlivo neboli žiadne pohyblivé časti a sotva akýkoľvek hluk alebo výfuk.

„To ma donútilo v dlhodobom horizonte myslieť, že lietadlá by nemali mať vrtule a turbíny,“ hovorí Barrett. „Mali by byť viac ako raketoplány Star Trek, ktoré majú len modrú žiaru a ticho kĺzajú. “

Asi pred deviatimi rokmi začal Barrett hľadať spôsoby, ako navrhnúť pohonný systém pre lietadlá bez pohyblivých častí. On nakoniec prišiel na "iónový vietor," tiež známy ako elektroaerodynamické ťah - fyzikálny princíp, ktorý bol prvýkrát identifikovaný v roku 1920 a opisuje vietor, alebo ťah, ktorý môže byť vytvorený, keď je prúd prechádza medzi tenké a hrubé elektródy. Ak je aplikované dostatočné napätie, vzduch medzi elektródami môže produkovať dostatok ťahu na pohon malého lietadla.

Elektroaerodynamické ťahy boli už roky projektom fanúšika a návrhy sa z väčšej časti obmedzovali na malé stolné „zdvíhače“ priviazané na veľké napájacie zdroje, ktoré vytvárajú malý vietor pre malé plavidlo, ktoré sa krátko vznáša vo vzduchu. To bolo do značnej miery predpokladal, že by bolo nemožné vyrobiť dostatok iónového vetra na pohon väčšieho lietadla počas trvalého letu.

"Bola to bezsenná noc v hoteli, keď som bol zaostal, a premýšľal som o tom a začal hľadať spôsoby, ako by sa to dalo urobiť," spomína. „Urobil som niekoľko spätných výpočtov a zistil som, že áno, mohlo by sa stať životaschopným hnacím systémom,“ hovorí Barrett. „A ukázalo sa, že na to, aby sme sa z toho dostali na prvý skúšobný let, potrebovali veľa rokov práce.“

Finálny dizajn tímu pripomína veľký, ľahký klzák. Lietadlo, ktoré váži asi päť libier a má päťmetrové rozpätie krídiel, nesie rad tenkých drôtov, ktoré sú navlečené ako horizontálne oplotenie pozdĺž a pod predným koncom krídla lietadla. Drôty pôsobia ako kladne nabité elektródy, zatiaľ čo podobne usporiadané hrubšie drôty, prebiehajúce pozdĺž zadného konca krídla lietadla, slúžia ako záporné elektródy.

Trup lietadla drží stoh lítium-polymérnych batérií.Tím spoločnosti Barrett pre iónové lietadlá zahrnoval členov výskumnej skupiny výkonnej elektroniky profesora Davida Perreaulta vo Výskumnom laboratóriu elektroniky, ktorý navrhol napájací zdroj, ktorý by konvertoval výstup batérií na dostatočne vysoké napätie, ktoré poháňa lietadlo. Týmto spôsobom akumulátory dodávajú elektrickú energiu na 40 000 voltoch, aby kladne nabili vodiče prostredníctvom ľahkého meniča výkonu.

Akonáhle sú drôty pod napätím, pôsobia tak, že priťahujú a oddeľujú negatívne nabité elektróny z okolitých molekúl vzduchu, ako napríklad obrovský magnet priťahujúci železné piliny. Molekuly vzduchu, ktoré zostali pozadu, sú novo ionizované a sú priťahované k záporne nabitým elektródam v zadnej časti roviny.

Keďže novo vytvorený oblak iónov prúdi smerom k záporne nabitým vodičom, každý ión koliduje miliónkrát s inými molekulami vzduchu, čím vytvára ťah, ktorý poháňa lietadlo dopredu.

Tím, ktorý tiež zahŕňal zamestnancov Lincolna Laboratory Thomasa Sebastiana a Marka Woolstona, letel lietadlom na niekoľko skúšobných letov cez telocvičňu v duPont Athletic Centre MIT - najväčší vnútorný priestor, ktorý mohli nájsť na vykonanie svojich experimentov. Tím letel lietadlom vo vzdialenosti 60 metrov (maximálna vzdialenosť v telocvični) a zistil, že lietadlo produkuje dostatok iónového ťahu na udržanie letu po celú dobu. Let zopakovali 10-krát, s podobným výkonom.

„Toto bolo najjednoduchšie možné lietadlo, ktoré by sme mohli navrhnúť, čo by mohlo dokázať, že iónové lietadlo by mohlo lietať,“ hovorí Barrett. „Je to ešte stále ďaleko od lietadla, ktoré by mohlo slúžiť ako užitočná misia. Musí byť efektívnejší, lietať dlhšie a letieť vonku. “

Tím spoločnosti Barrett pracuje na zvyšovaní efektívnosti svojho dizajnu, na produkcii iónového vetra s menším napätím. Výskumníci tiež dúfajú, že zvýšia hustotu konštrukcie - množstvo ťahu vytvoreného na jednotku plochy. V súčasnosti lietanie ľahkého lietadla tímu vyžaduje veľkú plochu elektród, ktoré v podstate tvoria pohonný systém lietadla. V ideálnom prípade by chcel Barrett navrhnúť lietadlo bez viditeľného hnacieho systému alebo oddelene ovládať povrchy ako kormidlá a výťahy.

„Trvalo dlho, kým sa sem dostali,“ hovorí Barrett. „Prechod od základného princípu k niečomu, čo v skutočnosti letí, bola dlhá cesta charakterizácie fyziky, potom prísť s dizajnom a robiť to. Teraz sú možnosti pre tento druh hnacieho systému životaschopné. “