A repülőgépeket a több mint 100 évvel ezelőtti találmányuk óta a légcsavarok vagy turbinák forgó felületei mozgatják a levegőn. De olyan tudományos fantasztikus filmeket nézve, mint a „Csillagok háborúja”, a „Csillagok trekkedése” és a „Vissza a jövőbe” sorozat, elképzeltem, hogy a jövő meghajtórendszerei csendben vannak és mégis - talán valamiféle kék fény és „szomorú "Zaj, de nem mozgó alkatrészek, és nem szennyeződés áramlik ki a hátát.
Ez még nem létezik, de van legalább egy fizikai elv, amely ígéretes lehet. Körülbelül kilenc évvel ezelőtt elkezdtem kutatni az ionos szeleket - a töltött részecskék levegőn keresztüli áramlását - a repülés hajtóerejeként. A tudósok és a hobbisták, a szakemberek és a középiskolai tudományos hallgatók évtizedes kutatásain és kísérletein alapulva kutatócsoportom a közelmúltban szinte csendes repülőgépen mozgó alkatrészek nélkül repült.
A repülőgép körülbelül öt fontot (2, 45 kilogrammat) súlyú, szárnyainak hossza 5 méter volt, és körülbelül 180 méter (60 méter) ment, tehát távol van a hatékony teher- vagy emberek hatékony szállításáról. De bebizonyítottuk, hogy a levegőnél nehezebb járművek ionszelekkel is repülhetnek. Még akkor is van fénye, amelyet sötétben láthat.
Az elhagyott kutatás felülvizsgálata
A sík által használt folyamatot, amelyet hivatalosan elektroaerodinamikai meghajtásnak nevezünk, már az 1920-as években egy excentrikus tudós vizsgálta meg, aki azt hitte, hogy felfedezte az antigravitációt - ez természetesen nem volt a helyzet. Az 1960-as években az űrmérnökök felfedezték a repülésre való haszonélvezést, de arra a következtetésre jutottak, hogy ez nem lehetséges az ionszelek és az akkor elérhető technológia megértésével.
Az utóbbi időben azonban sok amatőr - és középiskolás diákok, akik tudományos vásáron vesznek részt - kicsi elektroaerodinamikus meghajtó készülékeket építettek, amelyek azt sugallták, hogy elvégre működhet. Munkájuk döntő jelentőségű volt a csoportom első napjaiban. Fejlesztésükre törekedtünk, elsősorban egy nagy kísérleti sorozat elvégzésével, hogy megtanuljuk, hogyan lehet optimalizálni az elektroaerodinamikai tolóerők kialakítását.
A levegő mozgatása, nem a sík alkatrészei
Az elektroaerodinamikai meghajtás alapfizikája meglehetősen egyszerű magyarázattal és megvalósítással, bár a mögöttes fizika némelyike összetett.
Olyan vékony izzószálat vagy huzalt használunk, amelyet +20 000 voltra töltnek fel könnyű teljesítmény-átalakítóval, amely viszont energiáját lítium-polimer akkumulátorral kapja meg. A vékony szálakat emittereknek nevezik, és közelebb vannak a sík elejéhez. Ezen kibocsátók körül az elektromos mező olyan erős, hogy a levegő ionizálódik - semleges nitrogénmolekulák elveszítik az elektronot, és pozitív töltésű nitrogénionokká válnak.
Vissza a síkra, terelőlapot helyezünk - egy kis szárnyhoz hasonlóan -, amelynek elülső széle elektromosan vezetőképes és ugyanazon erőátváltóval -20 000 V feszültséget tölt. Ezt nevezzük gyűjtőnek. A kollektor vonzza felé a pozitív ionokat. Ahogy az ionok az emitterről a kollektorra áramlanak, összeütköznek a nem töltött levegő molekulákkal, és ionos szélnek nevezik, amely az emitterek és a kollektorok között áramlik, és a síkot előre mozgatja.
Ez az ionos szél helyettesíti a légáramot, amelyet a sugárhajtómű vagy a légcsavar létrehozna.
Kezdve kicsi
Vezettem olyan kutatást, amely feltártam, hogy az ilyen típusú meghajtás hogyan működik valójában, és részletes ismereteket fejlesztett ki arról, hogy mennyire hatékony és hatalmas lehet.
Csapatom és én együtt villamosmérnökökkel is kifejlesztettük az elektronikát, amely ahhoz szükséges, hogy az akkumulátorok teljesítményét több tízezer voltra konvertálják az ionszél létrehozásához. A csapatok sokkal könnyebben tudtak előállítani az átalakítókat, mint korábban elérhetők voltak. Ez az eszköz elég kicsi ahhoz, hogy praktikus legyen egy repülőgép-tervezésben, amelyet végül képesek voltunk építeni és repülni.
Az első járatunk természetesen nagyon távol van az emberek repülésétől. Már dolgozunk azon, hogy ez a fajta meghajtás hatékonyabb legyen és nagyobb teherhordozásra képes. Az első kereskedelmi alkalmazások - ha feltételezzük, hogy ez messzire megy - a csendes rögzített szárnyú drónok készítése lehet, ideértve a környezeti megfigyelő és kommunikációs platformokat is.
Rátekintve a jövőbe, reméljük, hogy nagyobb repülőgépekben is felhasználható lenne a zaj csökkentésére, és akár lehetővé tenné a repülőgép külső felületének, hogy elősegítse a tolóerő előállítását, akár a motorok helyett, akár azért, hogy növeljék azok hatalmát. Az is előfordulhat, hogy az elektroaerodinamikai berendezéseket miniatürizálják, lehetővé téve a nano-drónok új változatosságát. Sokan azt gondolják, hogy ezek a lehetőségek valószínűtlenek vagy akár lehetetlenek is. De az 1960-as évek mérnökei ezt gondolták arra, amit ma már csinálunk.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta.
Steven Barrett, a Massachusettsi Technológiai Intézet légiforgalmi és űrhajózási professzora
