Oglejte si MIT inženirje, ki letijo s prvo ravnino brez premikajočih se delov

Inženirji MIT so zgradili in preleteli prvo letalo brez gibljivih delov. Namesto propelerjev ali turbin, se lahka letala poganjajo z "ionskim vetrom" - tihim, a mogočnim tokom ionov, ki se proizvaja na letalu, in ki ustvarja dovolj potiska, da poganja letalo nad trajnim, enakomernim letom.

Inženir Steven Barrett pravi, da je navdih za ionsko ravnino ekipe delno iz filma in televizijskih serij, Zvezdne steze, ki ga je kot otrok gledal pohlepno. Posebej ga je privlačilo futuristično plovilo, ki se je brez težav posnelo po zraku, z navidezno brez gibljivih delov in komaj kaj hrupa ali izpušnih plinov.

"Zaradi tega sem v dolgoročni prihodnosti mislil, da letala ne bi smela imeti propelerjev in turbin," pravi Barrett. »Biti morajo bolj podobni avtobusom Zvezdne steze, ki imajo samo modro svetlobo in tiho drsijo."

Pred devetimi leti je Barrett začel iskati načine za oblikovanje pogonskega sistema za letala brez gibljivih delov. Sčasoma je naletel na "ionski veter", znan tudi kot elektroaerodinamski potisk - fizični princip, ki je bil prvič odkrit v dvajsetih letih 20. stoletja in opisuje veter ali potisk, ki se lahko ustvari, ko se skozi tanko in debelo elektrodo prenese tok. Če se uporabi dovolj napetosti, lahko zrak med elektrodama proizvede dovolj potiska, da poganja majhno letalo.

Že vrsto let je bil elektroerodinamični potisk večinoma hobisti, projekti pa so bili večinoma omejeni na majhne namizne "dvigalke", ki so bili vezani na velike napajalne napeljave, ki ustvarjajo dovolj vetra, da lahko majhno plovilo lebdi na zraku. Predvidevali smo, da bi bilo nemogoče proizvesti dovolj ionskega vetra, ki bi poganjal večje letalo nad trajnim letom.

»Bila je neprespana noč v hotelu, ko sem bila v pristanišču, razmišljala sem o tem in začela iskati načine, kako bi to lahko storili,« se spominja. "Opravil sem nekaj izračunov za nazaj in ugotovil, da bi lahko postal uspešen pogonski sistem," pravi Barrett. "In izkazalo se je, da je bilo potrebno veliko let dela, da bi od tega prešli na prvi poskusni let."

Končni dizajn ekipe je podoben velikemu, lahkemu jadralnemu padalu. Letalo, ki tehta približno pet kilogramov in ima petmetrski razpon kril, nosi niz tankih žic, ki so nanizane kot vodoravne ograje vzdolž in pod sprednjim delom krila letala. Žice delujejo kot pozitivno nabite elektrode, medtem ko podobno razporejene debelejše žice, ki potekajo vzdolž zadnjega dela krila letala, služijo kot negativne elektrode.

Trup letala ima kup litij-polimernih baterij.Barrettov tim za ionsko letalo je vključeval člane strokovne skupine Power Electronics Research iz profesorja Davida Perreaulta v raziskovalnem laboratoriju za elektroniko, ki je izdelal napajalnik, ki bi pretvoril izhodne baterije v dovolj visoko napetost za pogon letala. Na ta način akumulatorji dobavljajo električno energijo na 40.000 voltov, da pozitivno napolnijo žice preko lahkega pretvornika moči.

Ko so žice napolnjene z energijo, delujejo tako, da privlačijo in odstranijo negativno nabite elektrone iz okoliških molekul zraka, kot velikanski magnet, ki privlači železne obloge. Zračne molekule, ki so ostale za seboj, so na novo ionizirane in privlačijo negativno nabite elektrode na zadnji strani ravnine.

Ko na novo oblikovan oblak ionov teče proti negativno nabitim žicam, se vsak ion v več sto milijonih trči z drugimi molekulami zraka, kar ustvarja potisk, ki poganja letalo naprej.

Ekipa, ki je vključevala tudi osebje Lincoln Laboratory, Thomas Sebastian in Mark Woolston, je letalo letela v več testnih poletih po telovadnici v duPont Athletic Centru MIT - največjem notranjem prostoru, ki so ga lahko našli za izvedbo svojih poskusov. Ekipa je letalo z letalom na razdalji 60 metrov (največja razdalja v telovadnici) in ugotovila, da je letalo proizvedlo dovolj ionskega potiska, da je ves čas vzdrževal let. Polet so ponovili desetkrat, s podobno uspešnostjo.

"To je bila najpreprostejša možna ravnina, ki bi jo lahko oblikovali, kar bi lahko dokazalo koncept, da bi ionska letala lahko letela," pravi Barrett. »Še vedno je daleč stran od letala, ki bi lahko opravilo koristno nalogo. Biti mora bolj učinkovit, leteti dlje in leteti zunaj."

Barrettova ekipa si prizadeva za povečanje učinkovitosti njihovega oblikovanja, da proizvede več ionskega vetra z manjšo napetostjo. Raziskovalci upajo tudi, da bodo povečali gostoto potiska - količino potiska na enoto površine. Za letenje lahkega letala ekipe je potrebno veliko prostora elektrod, ki v bistvu sestavlja pogonski sistem letala. V idealnem primeru bi Barrett oblikoval zrakoplov brez vidnega pogonskega sistema ali ločenih krmilnih površin, kot so krmila in dvigala.

»Dolgo časa je trajalo, da sem prišel sem,« pravi Barrett. »Prehod od osnovnega načela do nečesa, kar dejansko pluje, je bila dolga pot karakterizacije fizike, potem pa je prišla z načrtovanjem in izdelavo dela. Zdaj so možnosti za tovrstne pogonske sisteme izvedljive. «