Ionii își iau zborul
Proiectul final al echipei seamănă cu un planor mare și ușor. Aeronava, care cântărește aproximativ 1,5 kilograme și are o anvergură a aripilor de 5 metri, poartă o serie de fire subțiri, care sunt înșirate ca niște garduri orizontale de-a lungul și sub capătul frontal al aripii avionului. Firele acționează ca electrozi încărcați pozitiv, în timp ce firele mai groase dispuse în mod similar, care se întind de-a lungul capătului din spate al aripii avionului, servesc ca electrozi negativi.
Fuzelajul avionului conține un teanc de baterii litiu-polimer. Echipa avionului cu ioni a lui Barrett a inclus membri ai Grupului de cercetare în domeniul electronicii de putere al profesorului David Perreault din cadrul Laboratorului de cercetare în domeniul electronicii, care a proiectat o sursă de alimentare care să convertească producția bateriilor la o tensiune suficient de mare pentru a propulsa avionul. În acest fel, bateriile furnizează electricitate la 40.000 de volți pentru a încărca pozitiv firele prin intermediul unui convertor de putere ușor.
După ce firele sunt alimentate cu energie, ele acționează pentru a atrage și a îndepărta electronii încărcați negativ din moleculele de aer din jur, ca un magnet uriaș care atrage pilitura de fier. Moleculele de aer rămase în urmă sunt nou ionizate și, la rândul lor, sunt atrase de electrozii încărcați negativ din partea din spate a avionului.
În timp ce norul nou format de ioni curge spre firele încărcate negativ, fiecare ion se ciocnește de milioane de ori cu alte molecule de aer, creând o împingere care propulsează avionul înainte.
Imagini nedistorsionate de la camera de luat vederi din planarea 2 fără motor, cu poziția și energia din urmărirea camerei adnotate. Credit: Steven Barrett
Echipa, din care au făcut parte și angajații Laboratorului Lincoln, Thomas Sebastian și Mark Woolston, a zburat cu avionul în mai multe zboruri de testare prin sala de gimnastică din Centrul Atletic duPont al MIT – cel mai mare spațiu acoperit pe care l-au putut găsi pentru a-și efectua experimentele. Echipa a zburat cu avionul pe o distanță de 60 de metri (distanța maximă în cadrul sălii de sport) și a constatat că avionul a produs suficientă împingere ionică pentru a susține zborul pe toată durata acestuia. Ei au repetat zborul de 10 ori, cu performanțe similare.
Imagini distorsionate ale camerei de filmat din zborul 9, cu poziția și energia din urmărirea camerei adnotate. Accelerat de 2 ori. Credit: Steven Barrett
„Acesta a fost cel mai simplu avion posibil pe care l-am putut proiecta și care ar putea dovedi conceptul că un avion cu ioni poate zbura”, spune Barrett. „Este încă departe de un avion care ar putea îndeplini o misiune utilă. Trebuie să fie mai eficient, să zboare mai mult timp și să zboare în aer liber.”
Noul proiect este un „pas mare” spre demonstrarea fezabilității propulsiei eoliene ionice, potrivit lui Franck Plouraboue, cercetător principal la Institutul de Mecanică a Fluidelor din Toulouse, Franța, care remarcă faptul că, anterior, cercetătorii nu au fost capabili să facă să zboare nimic mai greu de câteva grame.
„Forța rezultatelor este o dovadă directă că zborul constant al unei drone cu vânt ionic este sustenabil”, spune Plouraboue, care nu a fost implicat în cercetare. „, este dificil de dedus cât de mult ar putea influența propulsia aeronavelor în viitor. Cu toate acestea, aceasta nu este cu adevărat o slăbiciune, ci mai degrabă o deschidere pentru progrese viitoare, într-un domeniu care acum va exploda.”
Echipa lui Barrett lucrează la creșterea eficienței proiectului lor, pentru a produce mai mult vânt ionic cu mai puțină tensiune. Cercetătorii speră, de asemenea, să crească densitatea de împingere a designului – cantitatea de împingere generată pe unitatea de suprafață. În prezent, pilotarea avionului ușor al echipei necesită o suprafață mare de electrozi, care constituie, în esență, sistemul de propulsie al avionului. În mod ideal, Barrett ar dori să proiecteze o aeronavă fără un sistem de propulsie vizibil sau suprafețe de control separate, cum ar fi cârmele și elicele.
„A durat mult timp să ajungem aici”, spune Barrett. „Să trecem de la principiul de bază la ceva care zboară cu adevărat a fost o călătorie lungă de caracterizare a fizicii, apoi să venim cu proiectarea și să o facem să funcționeze. Acum, posibilitățile pentru acest tip de sistem de propulsie sunt viabile.”
Această cercetare a fost susținută, parțial, de MIT Lincoln Laboratory Autonomous Systems Line, de bursa de cercetare a profesorului Amar G. Bose și de Alianța Singapore-MIT pentru cercetare și tehnologie (SMART). Lucrarea a fost, de asemenea, finanțată prin intermediul catedrelor de dezvoltare a carierei Charles Stark Draper și Leonardo de la MIT.
.