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“离子风”动力飞机:没有移动部件的飞机

飞机的设计不依赖化石燃料或电池,因为它没有任何移动部件

自从发现 飞机 100 多年前,每 飞行 飞行中的机器或飞机使用移动部件,如螺旋桨、喷气发动机、涡轮机叶片、风扇等,这些部件从化石燃料燃烧或使用可产生类似效果的电池获取动力。

经过近十年的研究,麻省理工学院的航空科学家首次制造并试飞了一架没有活动部件的飞机。该飞机使用的推进方法基于电空气动力推力原理,称为“离子风”或离子推进。因此,这种独特的轻型机器由“离子风”提供动力,取代了传统飞机中使用的螺旋桨、涡轮机或喷气发动机。 “风”可以通过在薄电极和厚电极(由锂离子电池供电)之间通过强电流来产生,导致气体电离,从而产生快速移动的带电粒子(称为离子)。离子风或离子流撞击空气分子并将其向后推,为飞机提供前进的推力。风向取决于电极的排列。

离子推进技术已经被使用 美国航空航天局 外层空间的卫星和航天器。在这种情况下,由于太空是真空的,没有摩擦力,因此驱动航天器前进非常简单,速度也逐渐加快。但就地球上的飞机而言,我们知道 行星的 大气层非常稠密,无法让离子在地面上驱动飞机。这是离子技术首次在我们的飞机上进行尝试 行星。这很有挑战性。首先,因为需要足够的推力来保持机器飞行,其次,飞机必须克服空气阻力带来的阻力。空气向后输送,然后推动飞机向前。与在太空中使用相同离子技术的关键区别在于,航天器需要携带一种气体,该气体将被电离,因为太空是真空,而地球大气层中的飞机会电离大气中的氮气。

该团队进行了多次模拟,然后成功设计了一架翼展为 2.45 米、重量为 XNUMX 公斤的飞机。 为了产生电场,在飞机机翼下方固定了一组电极。 这些由带正电的不锈钢线组成,位于带负电的铝箔泡沫片前面。 为了安全起见,可以通过远程控制关闭这些高度充电的电极。

这架飞机在体育馆内通过使用蹦极发射进行测试。 在多次尝试失败后,这架飞机可以自行推进以保持在空中。 在 10 次试飞中,飞机能够飞到 60 米的高度减去人类飞行员的任何重量。 作者正在寻求提高他们设计的效率,并在使用更少的电压的同时产生更多的离子风。 这种设计的成功需要通过扩大技术来测试,这可能是一项艰巨的任务。 最大的挑战是,如果飞机的尺寸和重量增加并覆盖比机翼更大的面积,飞机将需要更高和更强的推力才能保持漂浮。 可以探索不同的技术,例如提高电池效率或使用太阳能电池板,即寻找产生离子的新方法。 这架飞机确实使用了飞机的传统设计,但有可能尝试另一种设计,其中电极可以塑造电离方向,或者可以将任何其他新颖的设计概念化。

当前研究中描述的技术可能非常适合静音无人机或简单的飞机,因为目前使用的无人机是噪音污染的一大来源。 在这项新技术中,无声流动在推进系统中产生充足的推力,可以推动飞机进行持续良好的飞行。 这是独一无二的! 这种飞机不需要化石燃料飞行,因此不会产生任何直接污染排放。 此外,与使用螺旋桨等的飞行器相比,这是无声的。 新发现发表于 自然.

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

徐赫等。 2018. 固态推进飞机的飞行。 自然。 563(7732)。 https://doi.org/10.1038/s41586-018-0707-9

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赛欧团队
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