Ученые из MIT показали рабочую модель аэроплана с ионным двигателем. Они использовали электроды с высоким напряжением, чтобы ионизировать воздух и ускорять его, и получившийся «ионный ветер» производил силу тяги в противоположном потоку ионов направлении. В будущем эту концепцию можно будет использовать для оснащения более чистых и тихих аэропланов. А пока полюбуйтесь на этого красавчика. Теоретическое обоснование работы было опубликовано в журнале Nature 21 ноября.
Если не считать некоторых планеров, все летательные аппараты держатся в воздухе за счет подъемной силы, которая в итоге создается движущимися элементами. Это могут быть лопасти пропеллера или винта, лопатки турбины — все это создает неприятный шум, особенно заметный у миниатюрных дронов. Лишь теперь, почти 120 лет спустя после полета братьев Райт, инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) представили действующую модель самолета, держащегося в воздухе без участия движущихся элементов. Полет получился по-настоящему бесшумным.
©NPG Press, Steven Barrett
«Это первый протяженный полет аппарата без движущихся частей, — говорит профессор Стивен Баррет (Steven Barrett). — Он может открыть возможности создания самолетов, которые будут тише, проще и не будут выбрасывать выхлопные газы в атмосферу». Однако прежде, полагают авторы работы, их подход найдет использование в небольших дронах, а также в гибридных системах, которые сочетают традиционный двигатель и новый — «ионный». Не стоит путать его с ионными двигателями космических аппаратов.
Разработка Стивена Баррета и его коллег использует другой принцип — «электроаэродинамическую тягу», обнаруженную еще в 1920-х. Она может возникать в открытом, сильно заряженном асимметричном конденсаторе: поток ионов, который возникает между электродами, увлекает за собой молекулы воздуха, создавая тягу. При достаточной силе заряда и малом весе всей системы этой силы может быть достаточно для полета. Однако простой принцип оказался крайне сложен в реализации где-либо помимо игрушек, помещаюшихся в спичечный коробок. Настоящий прототип такого самолета поднялся в воздух лишь почти век спустя после обнаружения явления — о нем ученые сообщают в статье, опубликованной в журнале Nature.
В самом деле, казалось невозможным, что реальный «ионолет» сможет хотя бы избавиться от провода и взять на борт достаточно мощные аккумуляторы, которые обеспечат его полет. Тем не менее современные технологии позволили разработчикам из MIT собрать планер, который при размахе крыльев в пять метров весит всего 2,3 килограмма. У передней и задней кромки крыла протянуты массивы тонких проводников, которые служат электродами конденсатора: впереди положительными, сзади — отрицательными. В фюзеляже скрыты литий-полимерные батареи, позволяющие выдавать на провода напряжение в 40 тысяч вольт. Этого достаточно, чтобы передние электроды стали притягивать отрицательно заряженные электроны и другие частицы из воздуха, запуская «ионный ветер», который создает необходимую для легкого аппарата тягу.
©MIT Electric Aircraft Initiative
Пока что испытания прототипа проходят лишь в закрытом помещении, где он преодолел максимально возможное расстояние — 60 метров от стены до стены. Тем не менее его полет был устойчивым и раз от разу демонстрирует сходные характеристики. «Это простейший самолет, который мы только смогли разработать для подтверждения концепции того, что он сможет летать, — говорит Баррет. — До самолета, который сможет выполнять полезные задачи, предстоит еще долгий путь».
