Sledujte MIT inženýry Fly-Ever letadlo bez pohyblivých částí

Inženýři MIT postavili a letěli vůbec první letadlo bez pohyblivých částí. Namísto vrtulí nebo turbín je lehké letadlo poháněno „iontovým větrem“ - tichým, ale mocným proudem iontů, který se vyrábí na palubě letadla, a který generuje dostatečný tah, aby poháněl letadlo přes trvalý, stálý let.

Inženýr Steven Barrett říká, že inspirace pro týmové iontové letadlo pochází částečně z filmového a televizního seriálu, Star Trek, který pozorně sledoval jako dítě. Zvláště byl přitahován k futuristickým raketoplánům, které bez námahy proletěly vzduchem se zdánlivě žádnými pohyblivými částmi a téměř žádným hlukem nebo výfuky.

„To mě donutilo, abych si v dlouhodobé budoucnosti myslel, že letadla nebudou mít vrtule a turbíny,“ říká Barrett. „Měly by být spíš jako raketoplány Star Trek, které mají jen modrou záři a tiše klouzají. “

Asi před devíti lety začal Barrett hledat způsoby, jak navrhnout pohonný systém pro letadla bez pohyblivých částí. On nakonec přišel na “iontový vítr,” také známý jak electroaerodynamický tah - fyzický princip, který byl nejprve identifikován ve dvacátých létech a popisuje vítr, nebo tah, který může být produkován když proud je prošel mezi tenkou a tlustou elektrodou. Pokud je aplikováno dostatečné napětí, vzduch mezi elektrodami může produkovat dostatečný tah k pohonu malého letadla.

Elektroaerodynamický tah byl po léta většinou záměrem projektu a návrhy byly z velké části omezeny na malé stolní „zvedáky“, které jsou přivázány k velkým napětím, které vytvářejí dostatek větru pro malé plavidlo, které se krátce vznáší ve vzduchu. To bylo velmi předpokládal, že to by bylo nemožné produkovat dost iontový vítr pohánět větší letadlo přes trvalý let.

„Byla to bezesná noc v hotelu, když jsem byl zpožděn, a přemýšlel jsem o tom a začal hledat způsoby, jak to udělat,“ vzpomíná. „Udělal jsem několik zpětných výpočtů a zjistil jsem, že ano, mohlo by se stát životaschopným pohonným systémem,“ říká Barrett. „A ukázalo se, že je třeba mnoho let práce, aby se z toho dostal na první zkušební let.“

Konečný design týmu se podobá velkému, lehkému kluzáku. Letadlo, které váží asi pět liber a má pětimetrové rozpětí křídel, nese řadu tenkých drátů, které jsou navlečeny jako horizontální oplocení podél a pod přední konec křídla letadla. Dráty působí jako kladně nabité elektrody, zatímco podobně uspořádané tlustší dráty, probíhající podél zadního konce křídla letadla, slouží jako záporné elektrody.

Trup letadla drží hromadu lithium-polymerových baterií.Tým společnosti Barrett pro iontové letouny zahrnoval členy výzkumné skupiny Power Electronics Research Group ve výzkumné laboratoři elektroniky profesora Davida Perreaulta, který navrhl zdroj napájení, který by konvertoval výstup baterií na dostatečně vysoké napětí, které by pohánělo letadlo. Tímto způsobem akumulátory dodávají elektřinu na 40 000 voltech, aby kladně nabily dráty pomocí lehkého měniče.

Jakmile jsou dráty pod napětím, působí tak, že přitahují a odpuzují záporně nabité elektrony z okolních molekul vzduchu, jako obří magnet přitahující železné piliny. Molekuly vzduchu, které zůstanou pozadu, jsou nově ionizovány a jsou zase přitahovány k negativně nabitým elektrodám v zadní části letadla.

Jak nově vytvořený oblak iontů proudí směrem k záporně nabitým vodičům, každý iont se srazí miliónykrát s jinými molekulami vzduchu, což vytváří tah, který pohání letadlo dopředu.

Tým, který také zahrnoval pracovníky Lincolna Laboratory Thomase Sebastiana a Marka Woolstona, letěl letadlem na několik zkušebních letů přes tělocvičnu v duPont Athletic Center společnosti MIT - největšího vnitřního prostoru, který mohli najít při provádění experimentů. Tým letěl letadlem ve vzdálenosti 60 metrů (maximální vzdálenost v posilovně) a zjistil, že letadlo produkuje dostatek iontového tahu, aby udržel let po celou dobu. Let opakovali 10krát, s podobným výkonem.

„Tohle bylo nejjednodušší možné letadlo, které jsme mohli navrhnout a které by dokázalo dokázat, že letadlo s ionty by mohlo letět,“ říká Barrett. „Je to stále ještě daleko od letadla, které by mohlo být užitečné. Musí být efektivnější, létat déle a létat venku. “

Tým společnosti Barrett pracuje na zvyšování efektivity svého designu, produkuje více iontového větru s menším napětím. Vědci také doufají, že se zvýší hustota návrhu - množství tahu generovaného na jednotku plochy. V současné době, letět s lehkým letadlem týmu vyžaduje velkou plochu elektrod, které v podstatě tvoří pohonný systém letadla. V ideálním případě by Barrett chtěl navrhnout letadlo bez viditelného pohonného systému nebo oddělené ovládací plochy, jako jsou kormidla a výtahy.

„Trvalo dlouho, než se sem dostal,“ říká Barrett. „Jít od základního principu k něčemu, co ve skutečnosti letí, byla dlouhá cesta charakterizace fyziky, pak přicházet s designem a dělat to. Možnosti tohoto druhu pohonného systému jsou nyní životaschopné. “