Самолет был спроектирован так, что он не будет зависеть от ископаемого топлива или аккумулятора, так как у него не будет движущихся частей.
С момента изобретения самолета более 100 лет назад, каждый летательный аппарат или летательный аппарат в небе использует движущиеся части, такие как пропеллеры, реактивные двигатели, лопатки турбин, вентиляторы и т. д., которые получают энергию либо от сжигания ископаемого топлива, либо от батареи, способной производить аналогичный эффект.
После почти десятилетних исследований ученые-аэронавтики из Массачусетского технологического института впервые построили и подняли в воздух самолет, у которого нет движущихся частей. Метод движения, используемый в этом самолете, основан на принципе электроаэродинамической тяги и называется «ионным ветром» или ионным движением. Таким образом, вместо пропеллеров, турбин или реактивных двигателей, используемых в обычных самолетах, эта уникальная и легкая машина приводится в движение «ионным ветром». «Ветер» можно создать путем пропускания сильного электрического тока между тонким и толстым электродом (питаемым литий-ионными батареями), что приводит к ионизации газа, тем самым создавая быстродвижущиеся заряженные частицы, называемые ионами. Ионный ветер или поток ионов врезаются в молекулы воздуха и толкают их назад, давая самолету тягу для движения вперед. Направление ветра зависит от расположения электродов.
Технология ионных двигателей уже используется НАСА в космосе для спутников и космических аппаратов. В этом случае, поскольку космос — вакуум, трение отсутствует, и поэтому довольно просто привести космический аппарат в движение, при этом его скорость постепенно увеличивается. Но в случае с самолетами на Земле известно, что атмосфера нашей планеты очень плотная, и для движения самолета над землей необходимы ионы. Это первый случай применения ионных технологий для управления самолетами на нашей планете . Это было непросто, во-первых, потому что требуется лишь достаточная тяга для поддержания полета, а во-вторых, самолету придется преодолевать сопротивление воздуха. Воздух отталкивается назад, что и толкает самолет вперед. Ключевое отличие от использования той же ионной технологии в космосе заключается в том, что космический аппарат должен переносить газ, который будет ионизирован, поскольку космос — вакуум, в то время как самолет в атмосфере Земли ионизирует азот из атмосферного воздуха.
Команда провела несколько симуляций, а затем успешно спроектировала самолет с пятиметровым размахом крыла и массой 2.45 кг. Для создания электрического поля под крыльями самолета был закреплен комплект электродов. Они состояли из положительно заряженных проводов из нержавеющей стали перед отрицательно заряженным слоем пены, покрытым алюминием. Эти сильно заряженные электроды можно отключить с помощью дистанционного управления в целях безопасности.
Самолет был испытан в спортзале, запустив его с тарзанки. После многих неудачных попыток этот самолет смог продолжить движение и остаться в воздухе. В ходе 10 испытательных полетов самолет смог подняться на высоту до 60 метров без учета веса пилота-человека. Авторы стремятся повысить эффективность своей конструкции и производить больше ионного ветра при меньшем напряжении. Успех такой конструкции необходимо проверить путем масштабирования технологии, а это может оказаться сложной задачей. Самая большая проблема будет в том, что если размер и вес самолета увеличатся и охватит большую площадь, чем его крылья, самолету потребуется более высокая и сильная тяга, чтобы оставаться на плаву. Можно изучить различные технологии, например, сделать батареи более эффективными или, возможно, использовать солнечные панели, т.е. найти новые способы генерации ионов. В этом самолете используется обычная конструкция для самолетов, но можно попробовать другую конструкцию, в которой электроды могли бы формировать направление ионизации, или можно было бы концептуализировать любую другую новую конструкцию.
Технология, описанная в данном исследовании, идеально подходит для бесшумных дронов или простых самолетов, поскольку используемые в настоящее время дроны являются крупным источником шумового загрязнения. В этой новой технологии бесшумный поток создает достаточную тягу в двигательной системе, которая позволяет самолету совершать продолжительный полет. Это уникально! Такой самолет не будет нуждаться в ископаемом топливе и, следовательно, не будет иметь прямых загрязняющих выбросов. Кроме того, по сравнению с летательными аппаратами, использующими пропеллеры и т. д., он бесшумен. Новое открытие опубликовано в журнале Nature.
Источник (ы)
Сюй Х. и др. 2018. Полет самолета с твердотельной силовой установкой. Nature. 563(7732). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0707-9
Комментарии закрыты.