Αθόρυβο και ελαφρύ αεροσκάφος που κινείται με πρόωση Ιόντων και δεν εξαρτάται από ορυκτά καύσιμα.
Ένα νέο αεροπλάνο του MIT που προωθείται μέσω ιοντικού ανέμου. Μπαταρίες στην άτρακτο (μαύρος χώρος μπροστά από το επίπεδο) τροφοδοτούν τάση σε ηλεκτρόδια (μπλε / λευκές οριζόντιες γραμμές) κολλημένες κατά μήκος του επιπέδου, δημιουργώντας έναν άνεμο ιόντων που ωθεί το αεροπλάνο προς τα εμπρός.
Ο τελικός σχεδιασμός της ομάδας μοιάζει με ένα μεγάλο, ελαφρύ ανεμόπτερο. Το αεροσκάφος, το οποίο ζυγίζει περίπου 5 κιλά και έχει άνοιγμα φτερών 5 μέτρων, φέρει μια σειρά λεπτών καλωδίων, τα οποία είναι κολλημένα σαν οριζόντια περίφραξη κατά μήκος και κάτω από το μπροστινό άκρο της πτέρυγας του αεροπλάνου. Τα καλώδια ενεργούν ως θετικά φορτισμένα ηλεκτρόδια, ενώ παρόμοια τοποθετημένα παχύτερα σύρματα, που τρέχουν κατά μήκος του πίσω άκρου της πτέρυγας του επιπέδου, χρησιμεύουν ως αρνητικά ηλεκτρόδια.
Η άτρακτο του επιπέδου κρατά μια στοίβα μπαταριών πολυμερούς λιθίου. Η ομάδα ιόντων ιόντων του Barrett περιελάμβανε μέλη του ερευνητικού ομίλου Power Electronics του καθηγητή David Perreault στο Ερευνητικό Εργαστήριο Ηλεκτρονικών, ο οποίος σχεδίασε ένα τροφοδοτικό που θα μετέτρεπε την έξοδο των μπαταριών σε μια αρκετά υψηλή τάση για να ωθήσει το αεροπλάνο. Με αυτόν τον τρόπο, οι μπαταρίες παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στα 40.000 βολτ για να φορτίσουν θετικά τα καλώδια μέσω ενός ελαφρού μετατροπέα ισχύος.
Μόλις ενεργοποιηθούν τα καλώδια, δρουν για να προσελκύσουν και να αφαιρέσουν αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια από τα γύρω μόρια αέρα, όπως ένας τεράστιος μαγνήτης που προσελκύει σίδηρο. Τα μόρια αέρα που μένουν πίσω ιονίζονται πρόσφατα, και με τη σειρά τους προσελκύονται στα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόδια στο πίσω μέρος του επιπέδου.
Καθώς το νέον σχηματισμένο νέφος ιόντων ρέει προς τα αρνητικά φορτισμένα καλώδια, κάθε ιόν συγκρούεται εκατομμύρια φορές με άλλα μόρια αέρα, δημιουργώντας μια ώθηση που ωθεί το αεροσκάφος προς τα εμπρός.
Μη παραμορφωμένα πλάνα κάμερας από μη ενεργοποιημένη ολίσθηση 2, με σχολιασμό θέσης και ενέργειας από παρακολούθηση κάμερας. Πίστωση: Steven Barrett
Η ομάδα, η οποία περιελάμβανε επίσης το προσωπικό του εργαστηρίου Lincoln Thomas Sebastian και Mark Woolston, πέταξε το αεροπλάνο σε πολλαπλές δοκιμαστικές πτήσεις σε όλο το γυμναστήριο στο αθλητικό κέντρο duPont του MIT - τον μεγαλύτερο εσωτερικό χώρο που μπορούσαν να βρουν για να εκτελέσουν τα πειράματά τους. Η ομάδα πέταξε το αεροπλάνο σε απόσταση 60 μέτρων (η μέγιστη απόσταση μέσα στο γυμναστήριο) και βρήκε ότι το αεροπλάνο παρήγαγε αρκετή ιοντική ώθηση για να διατηρήσει την πτήση όλη την ώρα. Επανέλαβαν την πτήση 10 φορές, με παρόμοια απόδοση.
Μη παραμορφωμένο πλάνα κάμερας από την πτήση 9, με σχολιασμό θέσης και ενέργειας από την παρακολούθηση κάμερας. Επιταχύνετε 2x. Πίστωση: Steven Barrett
«Αυτό ήταν το απλούστερο δυνατό αεροπλάνο που θα μπορούσαμε να σχεδιάσουμε που θα μπορούσε να αποδείξει την ιδέα ότι ένα ιόν επίπεδο θα μπορούσε να πετάξει», λέει ο Barrett. «Είναι ακόμη μακριά από ένα αεροσκάφος που θα μπορούσε να εκτελέσει μια χρήσιμη αποστολή. Πρέπει να είναι πιο αποτελεσματικό, να πετάει για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και να πετάει έξω. "
Ο νέος σχεδιασμός είναι ένα «μεγάλο βήμα» προς την απόδειξη της σκοπιμότητας της πρόωσης των ιόντων, σύμφωνα με τον Franck Plouraboue, ανώτερο ερευνητή στο Ινστιτούτο Μηχανικής Ρευστών στην Τουλούζη της Γαλλίας, ο οποίος σημειώνει ότι οι ερευνητές στο παρελθόν δεν ήταν σε θέση να πετούν κάτι βαρύτερο από λίγα γραμμάρια.
«Η ισχύς των αποτελεσμάτων είναι μια άμεση απόδειξη ότι η σταθερή πτήση ενός drone με ιοντικό άνεμο είναι βιώσιμη», λέει ο Plouraboue, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. «[Εκτός εφαρμογών drone], είναι δύσκολο να συναχθεί το πόσο θα μπορούσε να επηρεάσει την πρόωση των αεροσκαφών στο μέλλον. Ωστόσο, αυτό δεν είναι πραγματικά μια αδυναμία, αλλά μάλλον ένα άνοιγμα για μελλοντική πρόοδο, σε έναν τομέα που τώρα πρόκειται να εκραγεί. "
Η ομάδα του Barrett εργάζεται για την αύξηση της αποτελεσματικότητας του σχεδιασμού τους, για την παραγωγή περισσότερου ιονικού ανέμου με λιγότερη τάση. Οι ερευνητές ελπίζουν επίσης να αυξήσουν την πυκνότητα ώθησης του σχεδιασμού - την ποσότητα ώσης που παράγεται ανά μονάδα επιφάνειας. Επί του παρόντος, η πτήση του ελαφρού επιπέδου της ομάδας απαιτεί μια μεγάλη περιοχή ηλεκτροδίων, η οποία ουσιαστικά αποτελεί το σύστημα πρόωσης του αεροπλάνου. Στην ιδανική περίπτωση, η Barrett θα ήθελε να σχεδιάσει ένα αεροσκάφος χωρίς ορατό σύστημα πρόωσης ή ξεχωριστές επιφάνειες ελέγχου όπως πηδάλια και ανελκυστήρες.
«Χρειάστηκε πολύς χρόνος για να φτάσω εδώ», λέει ο Barrett. «Η μετάβαση από τη βασική αρχή σε κάτι που πραγματικά πετάει ήταν ένα μακρύ ταξίδι χαρακτηρισμού της φυσικής, στη συνέχεια, έφτιαξε το σχεδιασμό και το έκανε να λειτουργήσει. Τώρα οι δυνατότητες για αυτό το είδος συστήματος πρόωσης είναι βιώσιμες. "
Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε, εν μέρει, από το MIT Lincoln Laboratory Autonomous Systems Line, τον καθηγητή Amar G. Bose Research Grant, και την Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART). Το έργο χρηματοδοτήθηκε επίσης μέσω των καρεκλών ανάπτυξης σταδιοδρομίας Charles Stark Draper και Leonardo στο MIT.
πηγη
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου