Ions take flight
チームの最終デザインは、大きくて軽いグライダーに似ています。 この飛行機は、重さ約5ポンド、翼幅5メートルで、翼の前端とその下に水平フェンスのように張られた細いワイヤを搭載しています。 このワイヤーは正電極として働き、同様に翼の後端に沿って配置された太いワイヤーは負電極として働く。
胴体にはリチウムポリマー電池が積まれている。 バレット教授のイオン飛行機チームには、エレクトロニクス研究所のデヴィッド・ペロー教授のパワーエレクトロニクス研究グループのメンバーも含まれており、電池の出力を飛行機を推進するのに十分な高電圧に変換する電源装置を設計した。
このようにして、電池は4万ボルトの電気を供給し、軽量の電力変換器を介して電線を正電荷にします。
一旦電線に電気が通ると、巨大な磁石が鉄分を引きつけるように、周囲の空気分子から負電荷の電子を引きつけて取り去る働きをします。
新たに形成されたイオンの雲が負に帯電したワイヤーに向かって流れるとき、各イオンは他の空気分子と何百万回も衝突し、航空機を前進させる推力を生み出します。 Credit: Steven Barrett
Lincoln Laboratory のスタッフ Thomas Sebastian と Mark Woolston を含むチームは、MIT の duPont Athletic Center の体育館で、実験を行うために見つけられた最大の室内スペースで、飛行機を複数回試験飛行させました。 実験チームは、体育館内の最大距離である60メートルの距離を飛行させ、その間、飛行を維持するのに十分なイオン推力を発生させることを確認しました。 彼らは同様のパフォーマンスで 10 回の飛行を繰り返しました。
Flight 9 の歪んでいないカメラ映像に、カメラ追跡による位置とエネルギーを注釈しました。 2倍にスピードアップ。 Credit: Steven Barrett
「これは、イオン飛行機が飛ぶことができるという概念を証明できる、私たちが設計できた最も単純な飛行機でした」と Barrett 氏は言います。 とバレットは言います。「まだ、有用な任務を遂行できる飛行機には程遠い。 フランスのトゥールーズにある流体力学研究所の上級研究員である Franck Plouraboue 氏によれば、新しい設計は、イオン風推進の実現可能性を示すための「大きな一歩」であり、研究者は以前は数グラムより重いものを飛ばすことができなかったと指摘しています。
「結果の強さは、イオン風によるドローンの安定した飛行が持続可能であることを直接的に証明するものです」と、研究に関与していないPlouraboue氏は述べます。 “、将来的に航空機の推進にどの程度影響を与えることができるかを推論することは困難です。 とはいえ、これは弱点ではなく、むしろ、これからはじまる分野での将来の進歩のための開口部です」
Barrett のチームは、より少ない電圧でより多くのイオン風を生成するために、設計の効率を高める作業を行っています。 研究者たちはまた、設計の推力密度（単位面積あたりに発生する推力の量）を上げることも望んでいます。 現在、このチームの軽量飛行機を飛ばすには、大きな面積の電極が必要で、これが実質的に飛行機の推進システムを構成している。 理想的には、推進システムが見えず、舵や昇降機などの制御面もない飛行機を設計したいと考えています」
「ここまで来るのに長い時間がかかりました」とBarrett氏は言います。 「基本原理から実際に飛ぶものまで、物理的な特性を明らかにし、設計を考え出し、それを機能させるという長い旅でした。 現在では、この種の推進システムの可能性は実現可能です」
この研究は、MIT リンカーン研究所自律システム ライン、アマル G. ボーズ教授研究助成金、およびシンガポール MIT Alliance for Research and Technology (SMART) から一部支援を受けています。 また、本研究は、MITのチャールズ・スターク・ドレイパーとレオナルドのキャリア開発チェアからも資金提供を受けた
。