Наука онлайн

Първият самолет, задвижван от йонен двигател

Представете си самолетен двигател без движещи се компоненти, който не произвежда вредни газове и не вдига шум.

Такъв двигател е създаден от изследователи от Американския технологичен институт в Масачузетс (MIT), за да задвижва самолета на бъдещето. Това беше възможно чрез адаптиране на използвана преди това технология само към космически кораб или космически кораб.

Йонно-задвижваният двигател се използва при изграждането на космически сонди от 60-те години на миналия век, но има недостатъка, че генерира малка реакционна сила.

Йонните двигатели не могат да се използват за изстрелване на космически кораби в космоса при условия на висока гравитация, но предимството на тези двигатели е, че те могат да генерират сцепление за дълго време и следователно йонните задвижващи системи могат да осигурят максимални скорости. много голям.

Освен че отделят вредни газове, тези двигатели са по-евтини и по-безопасни за експлоатация от турбореактивните двигатели, които обикновено се използват в самолетостроенето, тъй като не съдържат компресори, газови турбини или горивни помпи.

Единственият проблем е, че в гравитационното поле на Земята реактивната сила, произведена от йонни двигатели, не е била достатъчно голяма, за да надвиши теглото на електрическите батерии, необходими за работата на тези двигатели. Поне засега.

Ново изследване, публикувано в Nature, проправя пътя за безшумни безпилотни самолети в много близко бъдеще, а по-нататъшният напредък в използваните материали и ефективността на преобразуването на енергия може да доведе до изграждането на тихи търговски самолети, задвижвани от йонни двигатели.

Напредъкът, постигнат досега от изследователите, може да бъде само първата стъпка в използването на йонни двигатели за задвижване на самолети, което би променило коренно търговската авиация в бъдеще.

Реактивните двигатели, използвани в днешните самолети, работят на основата на принципа на действие и реакция или на третия закон на Нютон, в смисъл, че задвижващата сила, генерирана от тези двигатели, е резултат от производството и евакуацията на високоскоростна газова струя.

Вместо това йонните двигатели използват електрически заредени частици, йони, които се привличат от двойка електростатични решетки, с високо електрическо напрежение между тях, и се отстраняват извън камерата на двигателя под формата на йонна греда. Ускорените по този начин йони взаимодействат с въздуха, което генерира реакционната сила, която задвижва самолета.

Както при електрическите въздухоплавателни средства със слънчева енергия, йонните самолети се захранват от електричество, което означава, че те не трябва да носят гориво, различно от електрически батерии.

Ново изследване показва, че чрез интелигентна промяна на конфигурацията на батерията и начина на преобразуване на електричеството е възможно да се намали теглото на батерията достатъчно, за да може тази технология да се приложи към самолетите.

Самолетът, задвижван с йони, изисква преден профил, достатъчно голям, за да генерира „йонен вятър“ по възможно най-точния начин. За съжаление това увеличава теглото на самолета, така че изследователите трябваше да намерят компромисно решение.

Първият самолет, задвижван от йонен двигател. Кредит: Стивън Барет/MIT

Те проектираха самолет с размах на крилата, достатъчно малък, за да намали теглото на самолета и разходите за изпитване, но който все още беше достатъчно голям, за да позволи използването на стандартни компоненти за дистанционно управление.

Изследователите са използвали самолет с размах на крилата 5 метра, който е тежал по-малко от 2,5 килограма. Изпълни 10 полета, като успя да лети максимум 9 секунди на разстояние 45 метра със скорост 5 метра в секунда.

Самолетът се нуждае от около 20 секунди, за да генерира необходимата задвижваща мощност и е изстрелян с помощта на механична система от типа "бънджи", т.е. с помощта на еластични струни.

Тестване на първия йонен самолет. Кредит: Стивън Барет/MIT

Въпреки че времето за полет и изминатото разстояние може да не са твърде впечатляващи, изследователите посочват, че те са приблизително подобни на тези в първия полет на самолета на братя Райт през 1903 г.

Бъдещият напредък в материалите и силовата електроника, както и оптимизирането на структурата на самолета, биха могли да осигурят по-висока скорост и по-дълго време на полет. Също така е възможно да се използват слънчеви панели за генериране на електричество, необходимо за захранване на йонния двигател.

Едно от големите предимства на самолета, задвижван от йони, е много ниското ниво на шум, така че се очаква тази технология да бъде приложена, за начало, за постигане на безшумни дронове.

Липсата на движещи се компоненти трябва да позволи тази технология да се адаптира относително лесно към по-големи самолети, но за което ще е необходима увеличена мощност на йонните двигатели.

Като се има предвид колко е напреднала авиацията след първия полет на братя Райт, можем да бъдем само оптимисти за бъдещето на тази технология.

Facebook коментар

Вижте коментарите

Центробежен инерционен антигравитационен двигател