Os iões voam
O desenho final da equipa assemelha-se a um planador grande e leve. A aeronave, que pesa cerca de 5 libras e tem uma envergadura de asas de 5 metros, transporta uma série de fios finos, que são enfiados como uma vedação horizontal ao longo e por baixo da extremidade frontal da asa do avião. Os fios actuam como eléctrodos com carga positiva, enquanto que os fios mais grossos, dispostos de forma semelhante, ao longo da extremidade posterior da asa do plano, servem como eléctrodos negativos.
A fuselagem do plano suporta uma pilha de baterias de polímero de lítio. A equipe do avião iônico de Barrett incluiu membros do grupo de pesquisa do Professor David Perreault Power Electronics no Laboratório de Pesquisa Eletrônica, que projetou uma fonte de alimentação que converteria a saída das baterias para uma tensão suficientemente alta para impulsionar o avião. Desta forma, as baterias fornecem eletricidade a 40.000 volts para carregar positivamente os fios através de um conversor de energia leve.
Após os fios serem energizados, eles agem para atrair e retirar elétrons com carga negativa das moléculas de ar ao redor, como um imã gigante atraindo limalhas de ferro. As moléculas de ar que são deixadas para trás são ionizadas recentemente, e por sua vez são atraídas para os eléctrodos com carga negativa na parte de trás do avião.
Como a nuvem de iões recém-formada flui em direcção aos fios com carga negativa, cada ião colide milhões de vezes com outras moléculas de ar, criando um impulso que impulsiona a aeronave para a frente.
>>Figuração de câmara não distorcida do planeio sem energia 2, com a posição e energia da câmara de rastreio anotada. Crédito: Steven Barrett
A equipe, que também incluiu Thomas Sebastian e Mark Woolston da Lincoln Laboratory, pilotou o avião em vários vôos de teste através do ginásio no Centro Atlético duPont do MIT – o maior espaço interno que eles puderam encontrar para realizar suas experiências. A equipe pilotou o avião a uma distância de 60 metros (a distância máxima dentro do ginásio) e descobriu que o avião produziu impulso iônico suficiente para sustentar o vôo o tempo todo. Eles repetiram o vôo 10 vezes, com desempenho semelhante.
Fotografia de câmera não distorcida do vôo 9, com posição e energia de rastreamento de câmera anotadas. Sped up 2x. Crédito: Steven Barrett
“Este foi o avião mais simples possível que pudemos projetar e que poderia provar o conceito de que um avião iônico poderia voar”, diz Barrett. “Ainda está longe de um avião que pudesse realizar uma missão útil. Ele precisa ser mais eficiente, voar por mais tempo e voar para fora”
O novo projeto é um “grande passo” para demonstrar a viabilidade da propulsão iônica pelo vento, segundo Franck Plouraboue, pesquisador sênior do Institute of Fluid Mechanics em Toulouse, França, que observa que os pesquisadores anteriormente não eram capazes de voar nada mais pesado do que algumas gramas.
“A força dos resultados é uma prova direta de que o vôo constante de um zangão com vento iônico é sustentável”, diz Plouraboue, que não estava envolvido na pesquisa. “, é difícil inferir o quanto isso poderia influenciar a propulsão de aeronaves no futuro. No entanto, isto não é realmente uma fraqueza, mas sim uma abertura para o progresso futuro, num campo que agora vai rebentar”
A equipa de Barret está a trabalhar para aumentar a eficiência do seu design, para produzir mais vento iónico com menos tensão. Os pesquisadores também estão esperando aumentar a densidade de impulso do projeto – a quantidade de impulso gerada por unidade de área. Atualmente, pilotar o avião leve da equipe requer uma grande área de eletrodos, que compõe essencialmente o sistema de propulsão do avião. Idealmente, Barrett gostaria de projetar uma aeronave sem sistema de propulsão visível ou superfícies de controle separadas, como lemes e elevadores.
“Levou muito tempo para chegar aqui”, diz Barrett. “Passar do princípio básico para algo que realmente voe foi uma longa jornada de caracterização da física, e depois chegar ao projeto e fazer com que ele funcionasse. Agora as possibilidades para este tipo de sistema de propulsão são viáveis”
Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela Linha de Sistemas Autônomos do Laboratório MIT Lincoln, pelo Professor Amar G. Bose Research Grant, e pela Aliança de Pesquisa e Tecnologia Cingapura-MIT (SMART). O trabalho também foi financiado através das cadeiras de desenvolvimento de carreira Charles Stark Draper e Leonardo no MIT.
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