Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) stworzyli pierwszy w historii samolot bez ruchomych części układu napędowego. Zamiast śmigieł czy turbin, lekka konstrukcja zasilana jest napędem jonowym. Jest bardzo cicha i nie emituje spalin.

Napęd wykorzystuje elektrody o dużej mocy do jonizacji i przyspieszania cząstek powietrza tworząc wiatr zjonizowanego powietrza. Potężny strumień jonów, który jest produkowany na pokładzie samolotu, generuje wystarczającą siłę napędową, aby umożliwić ciągły lot.

W przeciwieństwie do napędów jonowych, które zasilają statki kosmiczne od dziesięcioleci, ten napęd wykorzystuje powietrze jako środek przyspieszający. Naukowcy twierdzą, że może on zasilać ciche drony.

Przepływ jonów między elektrodami

Zespół naukowców swoje osiągnięcia opublikował na łamach pisma „Nature”.

Odkąd pierwszy samolot wzniósł się w powietrze ponad 100 lat temu, praktycznie każdy następny samolot latał za pomocą części ruchomych, takich jak śmigła czy łopaty turbin. Każdy też był napędzanych przy pomocy energii uzyskanej ze spalania paliw kopalnych.

W przeciwieństwie do typowych konstrukcji samolotów, prototyp z MIT nie jest zależny od paliwa kopalnego. Do tego jest bardzo cichy. Samolot został przetestowany w dużej hali zanim konstruktorzy pochwalili się swoim osiągnięciem.

– To pierwszy w historii ciągły lot samolotu bez ruchomych części układu napędowego – powiedział Steven Barrett, profesor aeronautyki i astronautyki w MIT. – Potencjalnie otwieramy nowe, nieznane możliwości w lotnictwie. Nasze samoloty są ciche, prostsze mechanicznie i nie emitują spalin – dodał.

Barrett, twórca i pomysłodawca nowego typu samolotu przyznał, że w niedalekiej przyszłości takie systemy napędowe mogą być używane w dronach, co sprawiłoby, że byłyby one mniej hałaśliwe. Ale w dalszej przyszłości, w połączeniu z konwencjonalnymi układami spalania, można stworzyć hybrydowe samoloty pasażerskie i transportowe, które byłyby bardziej wydajne pod względem zużycia paliwa.

Barrett wyjawił też, że jego inspiracją był serial telewizyjny „Star Trek”, którego był wielkim fanem w dzieciństwie. To tam po raz pierwszy zobaczył futurystyczne wahadłowce bez ruchomych części, które bez wysiłku przesuwały się w powietrzu nie powodując przy tym prawie żadnego hałasu.

– To spowodowało, że moje myśli krążyły wokół samolotów bez śmigieł i turbin. Myślałem, że w dłuższej perspektywie nasze samoloty powinny być podobne do wahadłowców w „Star Trek”, które mają tylko niebieską poświatę i nie wydają żadnego dźwięki – wspomniał Barrett.

Około dziewięć lat temu Barrett zaczął szukać sposobów zaprojektowania układu napędowego dla samolotów bez ruchomych części układu napędowego. W końcu natrafił na prace Thomasa Townsenda Browna z lat dwudziestych ubiegłego wieku, który eksperymentował z wiatrem zjonizowanego powietrza. Opisał on wiatr lub ciąg, który można wytworzyć, gdy prąd przepływa między dodatnio naładowaną elektrodą z cienkiego, miedzianego przewodu, a ujemnie naładowaną elektrodą z grubej aluminiowej blaszki.

Jeśli zastosuje się odpowiednio wysokie napięcie, rzędu tysięcy woltów, dochodzi do wyładowania koronowego – potężne pole elektryczne „wyrywa” elektrony z powietrza, które tworzą chmurę naładowanych jonów. W takich warunkach pomiędzy elektrodami wytwarza się wiatr jonowy, który może wytworzyć wystarczającą siłę ciągu, aby napędzić mały samolot.

Przez całe lata jedynie hobbyści korzystali z tego efektu bawiąc się w swoich garażach małymi konstrukcjami potrafiącymi zawisnąć w powietrzu. Zakładano, że nie da się wytworzyć wystarczającej siły jonowej, aby napędzić większy samolot podczas długotrwałego lotu.

Barrett roztrząsał ten koncept któryś z kolei raz podczas bezsennej nocy w hotelu. – Zrobiłem kilka obliczeń na kopercie i odkryłem, że może to być rentowny system napędowy. Ale zanim doszło do pierwszego lotu próbnego, potrzeba było wielu lat pracy – wyjaśnił Barrett.

Ostateczny projekt zespołu przypomina duży, lekki szybowiec. Samolot waży około 2,5 kilogramów i ma 5-metrową rozpiętość skrzydeł. Pod skrzydłami ma zamontowaną sieć cienki drutów i elektrod. Wewnątrz samolotu znajdują się akumulatory litowo-polimerowe, które dostarczają energii na poziomie 40 000 woltów i tworzą „wiatr jonowy”. Konstrukcja może lecieć z prędkością niecałych 20 kilometrów na godzinę i nie potrzebuje żadnego paliwa.

Podczas lotów testowych samolot przeleciał odległość 60 metrów – tyle ma hala gimnastyczna w duPont Athletic Center MIT. Badacze stwierdzili, że konstrukcja wytworzyła wystarczającą siłę jonową, aby utrzymać lot przez dłuższy czas. Powtórzyli lot 10 razy z podobną wydajnością.

– To najprostsza możliwa konstrukcja, którą moglibyśmy zaprojektować, aby udowodnić, że samolot jonowy może latać. Wciąż jest daleko od samolotu, który może wykonać pożyteczną misję. Musi być bardziej wydajny, latać dłużej i przede wszystkim na zewnątrz – zaznaczył Barrett. Zespół Barretta nadal pracuje nad zwiększeniem wydajności ich konstrukcji.

 

 

Źródło i fot.: MIT, DziennikNaukowy