Ingeniører flyver første gang nogensinde uden bevægelige dele

Siden det første fly tog flyvning for over 100 år siden, stort set alle fly på himlen har fløjet ved hjælp af bevægelige dele som propeller, turbineblade, og fans, som drives af forbrænding af fossile brændstoffer eller af batteripakker, der producerer en vedvarende, klynkende summen.

Nu har MIT-ingeniører bygget og fløjet det første fly nogensinde uden bevægelige dele. I stedet for propeller eller møller, det lette fly drives af en "ionisk vind" - en stille, men mægtig ionstrøm, der produceres ombord på flyet, og det genererer tilstrækkelig kraft til at drive flyet over en vedvarende, fast flyvning.

I modsætning til turbinedrevne fly, flyet er ikke afhængigt af fossile brændstoffer til at flyve. Og i modsætning til propeldrevne droner, det nye design er helt lydløst.

"Dette er den første vedvarende flyvning af et fly uden bevægelige dele i fremdriftssystemet, "siger Steven Barrett, lektor i luftfart og astronautik ved MIT. "Dette har potentielt åbnet nye og uudforskede muligheder for fly, der er mere støjsvage, mekanisk enklere, og udsender ikke forbrændingsemissioner. "

Han forventer, at på kort sigt sådanne ionvindfremdrivningssystemer kunne bruges til at flyve mindre støjende droner. Længere ude, han forestiller sig ionfremdrivning parret med mere konventionelle forbrændingssystemer for at skabe mere brændstofeffektive, hybridpassagerfly og andre store fly.

Barrett og hans team på MIT har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Natur .

Hobbyhåndværk

Barrett siger, at inspirationen til teamets ionplan delvis kommer fra film- og tv -serien, "Star Trek, "som han ivrigt så på som barn. Han var især tiltrukket af de futuristiske skibsfartøjer, der ubesværet skimmede gennem luften, med tilsyneladende ingen bevægelige dele og næsten ingen støj eller udstødning.

"Det fik mig til at tænke, på lang sigt, fly burde ikke have propeller og møller, "Siger Barrett." De burde være mere som pendulkørsel i 'Star Trek, 'der bare har en blå glød og lydløst glider. "

For cirka ni år siden, Barrett begyndte at lede efter måder at designe et fremdriftssystem til fly uden bevægelige dele. Til sidst kom han på "ionisk vind, "også kendt som elektroaerodynamisk tryk - et fysisk princip, der først blev identificeret i 1920'erne og beskriver en vind, eller tryk, der kan produceres, når en strøm ledes mellem en tynd og en tyk elektrode. Hvis der tilføres tilstrækkelig spænding, luften mellem elektroderne kan producere tilstrækkelig kraft til at drive et lille fly.

Årevis, elektroaerodynamisk fremdrift har mest været et hobbyprojekt, og designs har for det meste været begrænset til små, desktop "løftere" forbundet til store spændingsforsyninger, der skaber lige nok vind til at et lille fartøj kan svæve kortvarigt i luften. Det blev stort set antaget, at det ville være umuligt at producere nok ionisk vind til at drive et større fly over en vedvarende flyvning.

"Det var en søvnløs nat på et hotel, da jeg var jetlag, og jeg tænkte på dette og begyndte at søge efter måder, det kunne gøres på, "husker han." Jeg lavede nogle beregninger bag på konvolutten og fandt ud af, at Ja, det kan blive et levedygtigt fremdriftssystem, "Barrett siger." Og det viste sig, at det havde brug for mange års arbejde for at komme fra det til en første testflyvning. "

Ioner flyver

Teamets endelige design ligner et stort, let svævefly. Flyet, som vejer omkring 5 pund og har et 5 meter vingefang, bærer en række tynde tråde, som er spændt som vandret hegn langs og under forenden af ​​flyets vinge. Ledningerne fungerer som positivt ladede elektroder, mens der på samme måde er anbragt tykkere ledninger, løber langs bagenden af ​​flyets vinge, tjene som negative elektroder.

Flyets skrog rummer en stak lithium-polymer batterier. Barretts ionplanhold omfattede medlemmer af professor David Perreaults Power Electronics Research Group i Research Laboratory of Electronics, der designede en strømforsyning, der ville konvertere batteriernes output til en tilstrækkelig høj spænding til at drive flyet. På denne måde, batterierne leverer elektricitet ved 40, 000 volt for positivt at oplade ledningerne via en letvægts effektomformer.

Når ledningerne er aktiveret, de virker for at tiltrække og fjerne negative ladede elektroner fra de omgivende luftmolekyler, som en kæmpe magnet, der tiltrækker jernspor. De luftmolekyler, der efterlades, er nyioniserede, og er igen tiltrukket af de negativt ladede elektroder på bagsiden af ​​flyet.

Når den nyligt dannede sky af ioner strømmer mod de negativt ladede ledninger, hver ion kolliderer millioner af gange med andre luftmolekyler, skaber et tryk, der driver flyet fremad.

Holdet, som også omfattede Lincoln Laboratory -personale Thomas Sebastian og Mark Woolston, fløj flyet i flere testflyvninger over gymnastiksalen i MIT's duPont Athletic Center - det største indendørs rum, de kunne finde for at udføre deres eksperimenter. Holdet fløj flyet en afstand på 60 meter (den maksimale afstand inden for gymnastiksalen) og fandt flyet produceret nok ionisk tryk til at opretholde flyvning hele tiden. De gentog flyveturen 10 gange, med lignende ydelse.

"Dette var det enkleste mulige fly, vi kunne designe, der kunne bevise konceptet om, at et ionplan kunne flyve, "Siger Barrett." Det er stadig et stykke væk fra et fly, der kunne udføre en nyttig mission. Det skal være mere effektivt, flyve længere, og flyve udenfor. "

Barretts team arbejder på at øge effektiviteten af ​​deres design, at producere mere ionisk vind med mindre spænding. Forskerne håber også på at øge designets trykdensitet - mængden af ​​tryk, der genereres pr. Arealenhed. I øjeblikket, at flyve holdets letvægtsfly kræver et stort område af elektroder, som i det væsentlige udgør flyets fremdriftssystem. Ideelt set, Barrett vil gerne designe et fly uden synligt fremdriftssystem eller separate betjeningsflader som ror og elevatorer.

"Det tog lang tid at komme hertil, "Barrett siger." At gå fra det grundlæggende princip til noget, der rent faktisk flyver, var en lang rejse med karakterisering af fysikken, derefter komme med designet og få det til at fungere. Nu er mulighederne for denne form for fremdriftssystem levedygtige. "