Наблюдайте за тем, как инженеры MIT впервые в мире летают без движущихся частей

Инженеры MIT создали и запустили первый в мире самолет без движущихся частей. Вместо воздушных винтов или турбин легкий самолет приводится в действие «ионным ветром» - бесшумным, но мощным потоком ионов, который создается на борту самолета и генерирует достаточную тягу, чтобы продвигать самолет в течение длительного, устойчивого полета.

Инженер Стивен Барретт говорит, что вдохновение для ионного самолета команды частично приходит из кино и телесериалов, Звездный путь, который он жадно смотрел, как ребенок. Его особенно тянуло к футуристическим шаттлам, которые без труда скользили по воздуху, казалось бы, без движущихся частей и почти без шума и выхлопа.

«Это заставило меня подумать, что в долгосрочной перспективе у самолетов не должно быть винтов и турбин», - говорит Барретт. «Они должны быть больше похожи на шаттлы в Звездный путь Светится синим светом и молча скользит ».

Около девяти лет назад Барретт начал искать способы создания двигательной установки для самолетов без движущихся частей. В конце концов он столкнулся с «ионным ветром», также известным как электроаэродинамическая тяга - физический принцип, который был впервые идентифицирован в 1920-х годах и описывает ветер или тягу, которые могут возникать при прохождении тока между тонким и толстым электродом. Если приложено достаточное напряжение, воздух между электродами может создавать достаточную тягу для движения небольшого самолета.

В течение многих лет электроаэродинамическая тяга в основном была проектом для любителей, и конструкции в основном ограничивались небольшими настольными «подъемниками», привязанными к большим источникам напряжения, которые создают достаточно ветра, чтобы небольшое судно ненадолго зависло в воздухе. Во многом предполагалось, что будет невозможно произвести достаточное количество ионного ветра, чтобы продвигать большие самолеты в течение длительного полета.

«Это была бессонная ночь в отеле, когда у меня была задержка реактивного полета, и я думал об этом и начал искать способы, как это можно сделать», - вспоминает он. «Я провел некоторые расчеты с опозданием и обнаружил, что да, это может стать жизнеспособной двигательной системой», - говорит Барретт. «И оказалось, что нужно было много лет, чтобы перейти от этого к первому испытательному полету».

Окончательный дизайн команды напоминает большой легкий планер. Самолет, который весит около пяти фунтов и имеет пятиметровый размах крыла, несет множество тонких проводов, которые натянуты как горизонтальные ограждения вдоль и под передним концом крыла самолета. Провода действуют как положительно заряженные электроды, в то время как более толстые провода, расположенные аналогичным образом, проходящие вдоль заднего конца крыла самолета, служат отрицательными электродами.

Фюзеляж самолета содержит стопку литий-полимерных батарей.В состав группы Барретта по созданию ионных самолетов входили члены исследовательской группы силовой электроники профессора Дэвида Перро в Исследовательской лаборатории электроники, которая разработала источник питания, который преобразует выходную мощность батарей в достаточно высокое напряжение для приведения самолета в движение. Таким образом, аккумуляторы подают электричество на 40000 вольт, чтобы положительно зарядить провода через легкий преобразователь питания.

Как только провода под напряжением, они действуют, чтобы привлечь и отделить отрицательно заряженные электроны от окружающих молекул воздуха, подобно гигантскому магниту, притягивающему железные опилки. Молекулы воздуха, которые остались позади, вновь ионизируются и, в свою очередь, притягиваются к отрицательно заряженным электродам в задней части плоскости.

По мере того как вновь образованное облако ионов движется к отрицательно заряженным проводам, каждый ион миллионы раз сталкивается с другими молекулами воздуха, создавая тягу, которая продвигает самолет вперед.

Команда, в которую также входили сотрудники лаборатории Линкольна Томас Себастьян и Марк Вулстон, многократно летала на самолете через гимназию в спортивном центре duPont MIT - крупнейшем помещении, которое они могли найти для проведения своих экспериментов. Команда пролетела самолет на расстоянии 60 метров (максимальное расстояние в тренажерном зале) и обнаружила, что самолет производит достаточную ионную тягу, чтобы выдерживать полет все время. Они повторили полет 10 раз, с похожими характеристиками.

«Это была самая простая из возможных плоскостей, которую мы могли спроектировать, которая могла бы доказать, что ионный самолет может летать», - говорит Барретт. «До самолета, который может выполнить полезную миссию, еще далеко. Он должен быть более эффективным, летать дольше и летать на улице ».

Команда Барретта работает над повышением эффективности их конструкции, чтобы производить больше ионного ветра с меньшим напряжением. Исследователи также надеются увеличить плотность тяги конструкции - величину тяги, создаваемой на единицу площади. В настоящее время для полета легкого самолета команды требуется большая площадь электродов, которая по существу составляет двигательную систему самолета. В идеале Барретт хотел бы спроектировать самолет без видимой двигательной установки или отдельных поверхностей управления, таких как рули и лифты.

«Чтобы добраться сюда, потребовалось много времени», - говорит Барретт. «Переход от базового принципа к чему-то, что действительно летает, был долгим путешествием по характеристике физики, затем придумал дизайн и заставил его работать. Теперь возможности для такого типа двигательной установки являются жизнеспособными ».