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飞机不依赖化石燃料飞行

文章出处:未知责任编辑:admin作者:admin人气: 发表时间:2019-06-13 03:40 字体大小:【

  自从第一架飞机在100多年前飞行以来,天空中的几乎所有飞机都借助于螺旋桨,涡轮叶片和风扇等运动部件飞行,这些部件由化石燃料的燃烧或产生的电池组供电。一个持久的,抱怨的嗡嗡声。

  现在麻省理工学院的工程师已经建造并飞行了第一架没有活动部件的飞机。轻型飞机不是螺旋桨或涡轮机,而是由“离子风”提供动力 - 在飞机上产生的静音但强大的离子流,并产生足够的推力以推动飞机在持续,稳定的飞行中飞行。

  与涡轮动力飞机不同,飞机不依赖化石燃料飞行。与螺旋桨驱动的无人机不同,新设计完全无声。

  “这是有史以来第一次在推进系统中没有活动部件的飞机持续飞行,”麻省理工学院航空航天副教授Steven Barrett说。“这可能为飞机提供了新的和未开发的可能性,这些飞机更安静,机械更简单,并且不会排放燃烧物。”

  他预计,在短期内,这种离子风推进系统可用于飞行较少噪音的无人机。更进一步,他设想离子推进与更传统的燃烧系统配合,以创造更省油的混合客机和其他大型飞机。

  巴雷特和他在麻省理工学院的团队在“ 自然 ”杂志上发表了他们的研究成果。

  巴雷特表示,该团队离子飞机的灵感部分来自电影和电视剧“星际迷航”,他小时候热切地观看。他特别喜欢那些毫不费力地在空中掠过的未来主义的shuttlecrafts,似乎没有任何活动部件,几乎没有任何噪音或排气。

  “这让我想到,在长远的未来,飞机不应该有螺旋桨和涡轮机,”巴雷特说。“它们应该更像是”星际迷航“中的航天飞机,只有蓝色的光芒,并且默默地滑行。

  大约九年前,巴雷特开始寻找为没有活动部件的飞机设计推进系统的方法。他最终遇到了“离子风”,也被称为电动力学推力 - 一种物理原理,最初在20世纪20年代被发现并描述了当电流在薄电极和厚电极之间通过时可产生的风或推力。如果施加足够的电压,则电极之间的空气可以产生足够的推力来推进小型飞机。

  多年来,电动力推力主要是业余爱好者的项目,设计大部分仅限于小型台式“升降机”,这些升降机与大型电压供应相连,为小型船只在空中短暂悬停创造了足够的风。人们普遍认为,在持续飞行中不可能产生足够的离子风来推动更大的飞机。

  他回忆说:“当我遇到时差时,这是酒店里一个不眠之夜。我正在思考这个问题并开始寻找可行的方法。” “我做了一些背后的计算,发现,是的,它可能成为一个可行的推进系统,”巴雷特说。“事实证明,需要多年的努力才能实现首次试飞。”

  该团队的最终设计类似于大型轻量级滑翔机。这架重约5磅,翼展5米的飞机载有一系列细线,这些细线在飞机机翼前端的下方和下方都是水平围栏。导线充当带正电的电极,而沿着平面翼的后端延伸的类似布置的较粗的导线用作负电极。

  飞机的机身装有一堆锂聚合物电池。Barrett的离子飞机团队包括David Perreault教授在电子研究实验室的电力电子研究小组的成员,他们设计了一种能够将电池输出转换为足够高的电压来推动飞机的电源。通过这种方式,电池以40,000伏特供电,通过轻型电源转换器对电线充电。

  一旦导线通电,它们就会吸引并从周围的空气分子中剥离带负电的电子,就像吸引铁屑的巨大磁铁一样。留下的空气分子是新离子化的,并且又被吸引到平面背面的带负电的电极。

  当新形成的离子云流向带负电的导线时,每个离子与其他空气分子碰撞数百万次,产生推动飞机前进的推力。

  该团队还包括林肯实验室的工作人员托马斯塞巴斯蒂安和马克伍尔斯顿,乘坐飞机穿越麻省理工学院杜邦体育中心的体育馆,这是他们可以找到的最大的室内空间。该团队将飞机飞行了60米(健身房内的最大距离),并发现该飞机产生足够的离子推力以维持飞行的整个时间。他们以相似的表现重复了10次飞行。

  “这是我们设计的最简单的飞机,它可以证明离子飞机可以飞行的概念,”巴雷特说。“它仍然离飞机可以执行一项有用的任务。它需要更高效,飞得更久,然后飞到外面。”

  Barrett的团队正致力于提高设计效率,以更低的电压产生更多的离子风。研究人员还希望提高设计的推力密度 - 每单位面积产生的推力。目前,飞行团队的轻型飞机需要大面积的电极,这基本上构成了飞机的推进系统。理想情况下,Barrett希望设计一种没有可见推进系统的飞机或单独的控制表面,如方向舵和电梯。

  “这需要很长时间才能到达,”巴雷特说。“从基本原理到实际飞行的东西是一个描述物理特征的漫长旅程,然后提出设计并使其发挥作用。现在这种推进系统的可行性是可行的。”

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