צפה MIT מהנדסים לעוף ראשונה אי פעם מטוס ללא חלקים נעים

מהנדסי MIT בנו והטיסו את המטוס הראשון ללא חלקים נעים. במקום מדחפים או טורבינות, המטוס הקל מופעל על ידי "רוח יונית" - זרם יונים שקט אך אדיר המיוצר על המטוס, וזה יוצר מספיק דחיפה כדי להניע את המטוס על פני טיסה מתמשכת ויציבה.

מהנדס סטיבן בארט אומר שההשראה של מטוס יון הקבוצה מגיעה בחלקה מסרט הסרטים והטלוויזיה, מסע בין כוכבים, שהוא התבונן בו בלהט בילדותו. הוא נמשך במיוחד אל המעבורת העכשווית שחלפה באוויר ללא מאמץ, וככל הנראה לא היו בה חלקים נעים, וכמעט לא נשמע רעש או פליטה.

"זה גרם לי לחשוב, בטווח הארוך, המטוסים לא צריכים להיות מדחפים וטורבינות", אומר בארט. "הם צריכים להיות דומים יותר למעבורת מסע בין כוכבים, כי יש רק זוהר כחול להחליק בשקט."

לפני תשע שנים, בארט החל לחפש דרכים לעצב מערכת הנעה במטוסים ללא חלקים נעים. הוא הגיע בסופו של דבר ל"רוח יונית", הידועה גם בשם דחף אלקארואירודינמי - עיקרון פיזי שזוהה לראשונה בשנות העשרים ומתאר רוח, או דחף, שניתן לייצר כאשר זרם עובר בין אלקטרודה דקה ועבה. אם מתח מספיק מוחל, האוויר בין האלקטרודות יכול לייצר מספיק דחף כדי להניע מטוס קטן.

במשך שנים, דחף electroaerodynamic יש בעיקר היה פרויקט של תחביבים, ועיצובים היו מוגבלים לרוב, "שולחן העבודה" lifters קטן קשור ספקי מתח גדול שיצרו רק רוח מספיק עבור כלי שיט קטן כדי לרחף לרגע באוויר. ההנחה היתה, כי לא ניתן יהיה לייצר מספיק רוח יונית כדי להניע מטוס גדול יותר על פני טיסה מתמשכת.

"זה היה לילה ללא שינה במלון כשהייתי בפיגור, וחשבתי על זה והתחלתי לחפש דרכים שאפשר לעשות את זה", הוא נזכר. "עשיתי קצת חישובי המעטפה ומצאתי שזו יכולה להיות מערכת הנעה בת קיימא", אומר בארט. "והתברר שזה צריך שנים רבות של עבודה כדי להגיע ממנו לטיסה מבחן הראשון."

העיצוב הסופי של הקבוצה דומה לדאון גדול וקל משקל. המטוס, שמשקלו כחמישה קילוגרמים, בעל מוטת כנפיים של חמישה מטרים, נושא מערך של חוטים דקים, המתוחים כמו גדר אופקית לאורך ומתחת לקצה הקדמי של כנף המטוס. החוטים פועלים כמו אלקטרודות טעונות באופן חיובי, בעוד חוטים עבים מסודרים באופן דומה, הפועלים לאורך הקצה האחורי של כנף המטוס, משמשים אלקטרודות שליליות.

מטוס המטוס מחזיק ערימת סוללות ליתיום-פולימר.צוות המטוסים של יון בארט כלל את חברי קבוצת המחקר Power Power Electronics של פרופסור David Perreault במעבדת המחקר של אלקטרוניקה, שתכננה ספק כוח שימיר את יציאת הסוללות למתח גבוה מספיק כדי להניע את המטוס. בדרך זו, סוללות אספקת החשמל ב 40,000 וולט לחיוב חיובי את החוטים באמצעות ממיר כוח קל.

לאחר החוטים הם energized, הם פועלים כדי למשוך ולהפשיט משם אלקטרונים טעונים שלילי מן מולקולות האוויר שמסביב, כמו מגנט ענק מושך ברזל filings. מולקולות האוויר שנותרו מאחור הן יינון חדש, והן בתורן נמשך אל האלקטרודות טעונה שלילית בחלק האחורי של המטוס.

כמו ענן החדש שנוצר של יונים זורם לעבר החוטים טעונה שלילית, כל יון מתנגש מיליוני פעמים עם מולקולות אוויר אחרות, יצירת דחף המניע את המטוס קדימה.

הצוות, שכלל גם את צוות המעבדה של לינקולן, תומס סבסטיאן ומארק וולסטון, טס במטוס בטיסות מרובות ברחבי חדר ההתעמלות של מרכז דופונט האתלטיק של MIT - החלל הפנימי הגדול ביותר שהם יכלו למצוא כדי לבצע את הניסויים שלהם. הצוות טס במטוס מרחק של 60 מטר (המרחק המקסימלי בחדר הכושר) ומצא את המטוס מיוצר מספיק יונית דחף כדי לשמור על הטיסה כל הזמן. הם חזרו על הטיסה 10 פעמים, עם ביצועים דומים.

"זה היה המטוס הפשוט ביותר שיכולנו לעצב שיכול להוכיח את הרעיון כי מטוס יון יכול לעוף", אומר בארט. "זה עדיין רחוק מהמטוס שיכול לבצע משימה שימושית. זה צריך להיות יעיל יותר, לטוס עוד יותר, ולעוף החוצה."

הצוות של בארט עובד על הגדלת היעילות של העיצוב שלהם, כדי לייצר יותר יונית הרוח עם פחות מתח. החוקרים גם מקווים להגדיל את צפיפות דחף העיצוב - כמות דחף שנוצר ליחידת יחידה. נכון לעכשיו, טס המטוס קל של צוות דורש שטח גדול של אלקטרודות, אשר למעשה מהווה את מערכת הנעה של המטוס. באופן אידיאלי, בארט היה רוצה לעצב מטוס ללא מערכת הנעה גלוי או משטחי בקרה נפרדים כגון הגה ומעליות.

"זה לקח הרבה זמן להגיע לכאן", אומר בארט. "המעבר מעיקרון בסיסי למשהו שבאמת טס היה מסע ארוך של אפיון הפיזיקה, ואז מגיע עם העיצוב ולהפוך אותו עובד. עכשיו את האפשרויות עבור סוג זה של מערכת הנעה הם קיימא."