Ionvindteknologiens gennembrud tager flugten

Et nyt spin på fremdrift tager flugten i et SUNY Oswego-laboratorium, fører til, at fakultetsmedlemmet for elektro- og computeringeniør Adrian Ieta og SUNY Research Foundation forfølger patent på denne lovende teknologi.

Sidste år, Ieta og hans studerendes forskning opnåede en første af sin slags flyvning drevet af ionisk vind, som kunne åbne et nyt udviklingsfelt. Gennem yderligere forfining, udgivelse og præsentationer, gennembruddet begynder at tage fart, hvilket ville blive stærkt hjulpet af godkendelsen af ​​det internationale patent, der blev indgivet i maj.

Det store potentiale kommer fra teknologien, der tillader en rotor effektivt at fungere som en motor, sagde Ieta.

"Dette var det første roterende objekt til at løfte ved hjælp af denne teknologi, " sagde Ieta. "Det kan være det første ioniske system, der nogensinde løfter sig i atmosfæren uden at bære en strømforsyning."

Påføring af en høj spænding mellem asymmetriske elektroder genererer et intenst elektrisk felt nær den skarpe elektrode og over en vis spænding fører til lokal ionisering af luften. "Ionerne accelereres af det elektriske felt og skaber i deres kollisioner med neutrale molekyler en samlet bevægelse af luften fra den skarpe elektrode til modelektroden også kendt som ionisk vind, corona vind eller elektrodynamisk (EHD) flow, " Forklarede Ieta.

Ionvind har været et kendt fænomen i et stykke tid - først rapporteret i 1709 og med den første ioniske vindrotationsanordning i 1760 - men ingen har haft held med at få en ionisk vindaktiveret enhed til at dreje og løfte sig i luft indtil nu. Selvom nogle måske siger, at effekten forventes, det var uvist, om det overhovedet var muligt, sagde Ieta.

"Jeg tror, ​​vores forskning er unik på mange måder, " bemærkede han. "Jeg tror, ​​det nu er nemt at lave ioniske rotorer, og ret nemt at optimere ioniske propeller og få dem til at flyve. Det er bare, at ingen tænkte på det, som vi gjorde." Yderligere unikke udviklinger, innovationer og resultater blev opnået i samarbejde med Marius Chirita fra Rumæniens nationale institut for forskning og udvikling i elektrokemi og kondenseret stof. Flere optimeringer af de ioniske roterende systemer er meget sandsynlige i fremtiden.

"Tillykke til Dr. Ieta og hans team med at opnå dette banebrydende gennembrud, " sagde Steven Wood, associeret direktør for innovation og entreprenørskab ved SUNY Research Foundation. "Dr. Ietas opfindelse repræsenterer verdens første ioniske vinddrev til propel- og rotorblade og dets opfindsomhed, unikke og potentielle implikationer for kommerciel luftfart og droneindustri kan ikke overvurderes. Hans vedholdenhed og drive til at innovere på dette felt tjener som et glimrende eksempel på de utrolige resultater, der kan strømme fra at omformulere et tidligere velundersøgt fænomen til at tackle nye applikationer."

Elevinddragelse

Corona-udledninger og ionisk vind har været en langvarig forskningsinteresse for Ieta, med yderligere interesse udløst, da Fehmi Damkaci fra Oswegos kemifakultet bad ham om at fremvise noget for gymnasieelever. Da Ieta efterfølgende leverede denne forskningsvej til sine studerende på kollegiet i 2011, deres interesse spillede en nøglerolle i den løbende udvikling.

"Jeg lod dem gøre, hvad de ville prøve, " sagde Ieta. "Det, de satte mest pris på, var det mindre strukturerede miljø og muligheden for at forfølge, hvad end deres fantasi kom frem til."

Eleverne foreslog måske at lave en genstands spin, hvilket førte til de første ioniske spinnere og senere til at prøve en propel spin og liftoff. "De var involveret i problemløsning ved hvert trin, " sagde Ieta. "I særdeleshed efter det første ioniske propelløft, det var fantastisk at være i laboratoriet og gøre ting, som ingen andre havde gjort."

Mens et hold på seks studerende ved SUNY Oswego forsøgte forskellige propeldesigns i henhold til nogle generelle retningslinjer, prototypen lavet af Nicholas Curinga var den første, der blev løftet i februar 2018. Ieta har krediteret Curinga som en vigtig del af forskningen, men gennembruddet har involveret input fra mange studerende udover denne forskningsgruppe.

"De var alle begejstrede, " sagde Ieta. "Dette er forskning, som eleverne har nydt at lave. De kom med forskellige ideer og prøvede ting, jeg måske ikke havde tænkt på."

Innovationer og implikationer

Manglen på en udvendig motor gør dette væsentligt og åbner op for potentiale, sagde Ieta. "Motoren i sig selv er propellen. Det er en helt anden tilgang til fremdrift, " han tilføjede.

Innovationen bestod i at bruge en metalcylinder som en modelektrode omkring en propel for at intensivere det elektriske felt og den genererede ioniske vind. De ioniske emitterelektroder på propellen var designet med kobbertape og stifter, mens højspændingen blev påført gennem en central aksel. Frembringelsen af ​​fremdrift udnytter i det væsentlige Newtons tredje lov om handling og reaktion. Ionisk tryk fører til akkumulering af rotationskinetisk energi, indtil en terminal rotationshastighed er opnået.

Et par udviklinger i juni 2019 kunne drive forskningen ned ad nye veje. Det Journal of Electrostatics udgivet "Elektrohydrodynamisk propel til fremdrift i atmosfæren; første flyvning med roterende enhed, " af Ieta og Chirita den 11. juni. En dag senere, Ieta præsenterede "Karakteristika for roterende ioniske vindsystemer ved og under atmosfærisk tryk" til Electrostatics Society of America Conference.

"Dette har en lovende fremtid forude med hensyn til at forfine og forstærke teknologien, "Ieta sagde, og proof of concept og øget bevidsthed kan gøre det til noget, virksomheder vil investere i, givet dets potentiale som en bæredygtig teknologi. "Jeg tror, ​​der er masser af værdi i arbejdet."

Ieta og studerende er allerede begyndt at prøve forbedringer. For eksempel, at sætte to propeller på samme akse, bevæger sig i modsatte retninger, kunne forstærke fremstødet og arbejde hen imod at løfte tungere genstande uden at tilføje vinkelmomentum, der ville rotere kroppen.

Potentielle udviklinger kan omfatte ioniske droner, nye ioniske motorer, ioniske fans, sensorer, lineære motorer og endda videnskabeligt legetøj og demoværktøjer. Ieta testede med succes at drive en lille legetøjsbil ved hjælp af denne teknologi, den slags udvikling, der kunne bruge denne teknologi til at fange opmærksomheden hos en generation af fremtidige videnskabsmænd.