Перший іонний літак Science Online
Перший літак, що працює на іонному двигуні
Уявіть собі авіаційний двигун без рухомих компонентів, який не виробляє шкідливих газів і не видає шуму.
Такий двигун був створений дослідниками з Массачусетського технологічного інституту США (MIT) для руху літаків майбутнього. Це стало можливим завдяки адаптації раніше використовуваної технології лише до космічних кораблів або космічних кораблів.
Іонний двигун застосовується для побудови космічних зондів з 1960-х років, але він має той недолік, що генерує незначну силу реакції.
Іонічні двигуни не можуть бути використані для запуску космічних кораблів у космос в умовах високої гравітації, але перевага цих двигунів полягає в тому, що вони можуть створювати тягу протягом тривалого часу, а отже, іонні рушійні системи можуть забезпечувати максимальну швидкість. дуже великий.
Окрім викидів шкідливих газів, ці двигуни дешевші та безпечніші в експлуатації, ніж турбореактивні двигуни, які зазвичай використовуються в авіабудуванні, оскільки не містять компресорів, газових турбін або паливних насосів.
Єдина проблема полягає в тому, що в гравітаційному полі Землі реактивна сила, що виробляється іонними двигунами, була недостатньо великою, щоб перевищити вагу електричних батарей, необхідних для роботи цих двигунів. Принаймні поки що.
Нове дослідження, опубліковане в Nature, відкриває шлях тихим безпілотникам у найближчому майбутньому, а подальший прогрес у використанні матеріалів та ефективності перетворення енергії може призвести до побудови безшумних комерційних літаків, що працюють на іонних двигунах.
Прогрес, досягнутий на сьогодні дослідниками, міг стати лише першим кроком у застосуванні іонних двигунів для руху літаків, що кардинально змінило б комерційну авіацію в майбутньому.
Реактивні двигуни, що використовуються в сучасних літаках, працюють на основі принципу дії та реакції або третього закону Ньютона, в тому сенсі, що рушійна сила, що генерується цими двигунами, є результатом виробництва та евакуації високошвидкісної струмені газу.
Натомість в іонних двигунах використовуються електрично заряджені частинки - іони, які притягуються парою електростатичних решіток, з високою електричною напругою між ними, і виводяться за межі камери двигуна у вигляді іонного пучка. Прискорені таким чином іони взаємодіють з повітрям, що генерує силу реакції, що рухає літак.
Як і у електричних літаків на сонячній енергії, іонні літаки живляться від електрики, а це означає, що вони не повинні перевозити будь-яке паливо, крім електричних батарей.
Нові дослідження показують, що завдяки розумній зміні конфігурації акумулятора та способу перетворення електрики можна зменшити вагу акумулятора настільки, що ця технологія може бути застосована до літаків.
Для іонного літака потрібен фронтальний профіль, достатньо великий, щоб генерувати "іонний вітер" найбільш точним можливим способом. На жаль, це збільшує вагу літака, тому дослідникам довелося знайти компромісне рішення.
Перший літак, що працює на іонному двигуні. Кредит: Стівен Барретт/MIT
Вони сконструювали літак з достатньо малим розмахом крил, щоб зменшити вагу літака та витратами на випробування, але який все ще був досить великим, щоб дозволити використовувати стандартні компоненти дистанційного управління.
Дослідники використовували літак з розмахом крил 5 метрів, який важив менше 2,5 кілограмів. Він здійснив 10 польотів, зумівши пролетіти максимум 9 секунд на відстань 45 метрів зі швидкістю 5 метрів в секунду.
Літакові потрібно близько 20 секунд для формування необхідної рушійної потужності і був запущений за допомогою механічної системи типу "банджі", тобто за допомогою пружних струн.
Випробування першого іонного літака. Кредит: Стівен Барретт/MIT
Хоча час польоту та пройдена відстань можуть бути не надто вражаючими, дослідники зазначають, що вони приблизно подібні до тих, що були у першому польоті літака братів Райт у 1903 році.
Подальші досягнення в галузі матеріалів та силової електроніки, а також оптимізація конструкції літака можуть забезпечити більш високу швидкість і довший час польоту. Також можна використовувати сонячні панелі для виробництва електроенергії, необхідної для живлення іонного двигуна.
Однією з найбільших переваг іонного літака є дуже низький рівень шуму, тому очікується, що ця технологія буде використана для початку для досягнення безшумних безпілотників.
Відсутність рухомих компонентів повинно дозволити порівняно легко адаптувати цю технологію до більших літаків, але для чого потрібна збільшена потужність іонних двигунів.
Враховуючи те, наскільки прогресувала авіація з часу першого польоту братів Райт, ми можемо лише з оптимізмом дивитись у майбутнє цієї технології.
Коментар у Facebook
Див. Коментарі
Відцентровий інерційний антигравітаційний двигун