از آنجایی که اولین هواپیما بیش از 100 سال پیش پرواز کرد ، تقریباً هر هواپیما در آسمان با کمک قطعات متحرک مانند پروانه ها ، تیغه های توربین و فن ها به پرواز در آمده است که از طریق احتراق سوخت های فسیلی یا باتری هایی که تولید می کنند تأمین می شود. وزوز مداوم و ناله.

اکنون مهندسان MIT هواپیمای اول را که دارای قطعات متحرک نیست ساخته و پرواز کرده اند. هواپیمای سبک به جای پروانه ها یا توربین ها ، از "باد یونی" تغذیه می شود - یونی خاموش اما قدرتمند از یونی که در داخل هواپیما تولید می شود و باعث می شود فشار کافی برای حرکت هواپیما بر روی یک پرواز پایدار و پایدار ایجاد شود.

این هواپیما برخلاف هواپیماهای دارای توربین ، به پروازهای فسیلی برای پرواز بستگی ندارد. و برخلاف هواپیماهای بدون سرنشین که از هواپیماهای پیشران استفاده می کنند ، طراحی جدید کاملاً ساکت است.

استیون بارت ، استادیار هوانوردی و فضانوردی در MIT می گوید: "این نخستین پرواز پایدار از هواپیما است که هیچ قسمت متحرک در سیستم پیشرانه ندارد." "این به طور بالقوه امکان های جدید و غیر قابل توضیح برای هواپیماهایی را که ساکت تر ، از نظر مکانیکی ساده تر هستند ، ایجاد کرده و انتشار احتراق را منتشر نمی کند."

وی انتظار دارد در آینده نزدیک از چنین سیستم های پیشراننده بادی یونی برای پرواز هواپیماهای بدون سرنشین کمتر استفاده شود. علاوه بر این ، او پیشرانه‌ی یونی را با سیستمهای احتراق معمولی تركیب می كند تا هواپیماهای مسافربری هیبریدی كارآمدتر سوخت و سایر هواپیماهای بزرگ را ایجاد كند.

بارت و تیم وی در MIT نتایج خود را در ژورنال Nature منتشر کرده اند .

صنایع دستی سرگرمی

بارت می گوید الهام بخش هواپیمای یونی تیم تا حدودی از فیلم و سریال های تلویزیونی "Star Trek" گرفته شده است که او با کمال میل در کودکی تماشا کرده است. او به خصوص به كلاسهای مسافرتی آینده نگر که به راحتی از طریق هوا در هوا چسبانده می شوند ، جلب می شود که به نظر نمی رسد قطعات متحرك و به سختی صدایی یا اگزوز دارد.

"این باعث شد من فکر کنم ، در آینده بلند مدت ، هواپیماها نباید پروانه و توربین داشته باشند." "آنها باید بیشتر شبیه شاتل های موجود در" Star Trek "باشند ، که فقط یک درخشش آبی دارند و ساکت می شوند."

حدود 9 سال پیش ، بارت به دنبال راه هایی برای طراحی سیستم پیشرانه برای هواپیماها بدون قطعات متحرک بود. سرانجام او به "باد یونی" رسید ، همچنین به عنوان رانش الکتروآرودینامیکی شناخته می شود - یک اصل فیزیکی که برای اولین بار در دهه 1920 مشخص شد و توصیف باد یا نیرویی را می کند که می تواند هنگام عبور جریان از بین الکترود نازک و ضخیم تولید شود. در صورت اعمال ولتاژ کافی ، هوای موجود در بین الکترودها می تواند فشار کافی را برای حرکت هواپیمای کوچک تولید کند.

سالهاست ، نیروی الکتروآرودینامیکی عمدتاً یک پروژه سرگرمی بوده است و طراحی ها در بیشتر موارد محدود به "بالابرهای رومیزی" کوچک ، دسکتاپ به منابع ولتاژ بزرگ است که فقط باد کافی را برای یک کاردستی کوچک ایجاد می کند تا بتواند به طور خلاصه در هوا بگردد. تا حد زیادی فرض بر این بود كه تولید باد یونی كافی برای پیشران هواپیمای بزرگتر از یك پرواز پایدار غیرممكن خواهد بود.

او به یاد می آورد: "این خواب بی خواب در یک هتل بود که من دچار جت شدم. من به این موضوع فکر می کردم و به جستجوی راه هایی که می توان انجام داد ، شروع کردم." بارت می گوید: "من برخی از محاسبات مربوط به پاکت نامه را انجام دادم و دریافتم که ، بله ، ممکن است به یک پیشرانه عملیاتی زنده تبدیل شود." "و معلوم شد که نیاز به سالها کار برای پرواز از اولین پرواز آزمایشی دارد."

یون ها پرواز می کنند

طراحی نهایی این تیم شبیه یک گلایدر بزرگ و سبک وزن است. این هواپیما که حدوداً 5 پوند وزن دارد و دارای یک بالگرد 5 متری است ، دارای آرایشی از سیم های نازک است که مانند نرده های افقی در امتداد و در زیر انتهای جلوی بال هواپیما کشیده شده اند. سیمها مانند الکترودهای دارای بار مثبت عمل می کنند ، در حالی که سیمهای ضخیم تر به همان ترتیب مرتب می شوند ، که در امتداد قسمت انتهای بال هواپیما اجرا می شوند ، به عنوان الکترودهای منفی عمل می کنند.

بدنه هواپیما پشته ای از باتری های لیتیوم-پلیمر را در خود جای داده است. تیم هواپیمای یونی Barrett شامل اعضای گروه تحقیقاتی برق الکترونیک پروفسور دیوید پررو در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک بود که یک منبع تغذیه را طراحی کردند که خروجی باتری ها را به یک ولتاژ به اندازه کافی بالا برای پیشران هواپیما تبدیل کند. به این ترتیب ، باتری ها به میزان 40،000 ولت برای شارژ مثبت سیم ها از طریق مبدل سبک وزن ، برق را با 40،000 ولت تأمین می کنند.

هنگامی که سیم ها انرژی می گیرند ، آنها برای جذب و از بین بردن الکترونهای با بار منفی از مولکول های هوای اطراف ، مانند یک آهنربای غول پیکر که جذب رشته های آهنی است ، عمل می کنند. مولکول های هوایی که در آن باقی مانده اند تازه یونیزه شده اند و به نوبه خود در الکترودهای با بار منفی در پشت هواپیما جذب می شوند.

از آنجا که ابر تازه یونها به سمت سیمهای با بار منفی سرازیر می شوند ، هر یونی میلیون ها بار با دیگر مولکول های هوا برخورد می کند و محوری را ایجاد می کند که هواپیما را به جلو سوق دهد.

این تیم که شامل کارمندان آزمایشگاه لینکلن ، توماس سباستین و مارک وولستون نیز بود ، در چندین پرواز آزمایشی از طریق سالن بدنسازی در مرکز ورزشی دوپونت MIT - بزرگترین فضای سرپوشیده که برای انجام آزمایشات خود پیدا کردند ، هواپیما را پرواز کردند. این تیم از فاصله 60 متری هواپیما پرواز کردند (حداکثر فاصله در داخل سالن بدنسازی) و یافتند که این هواپیما به اندازه کافی فشار یونی را برای حفظ پرواز در تمام مدت تولید کرده است. آنها با عملکرد مشابه 10 بار پرواز را تکرار کردند.

بارت می گوید: "این ساده ترین هواپیمای ممکن بود که می توانستیم طراحی کنیم که می تواند مفهومی را برای پرواز یک هواپیمای یونی اثبات کند." "این هنوز از هواپیما فاصله دارد که می تواند یک مأموریت مفید را انجام دهد. باید کارآمدتر باشد ، مدت بیشتری پرواز کند و به خارج پرواز کند."

تیم بارت برای تولید بادی یونی بیشتر با ولتاژ کمتر در تلاش است تا راندمان طراحی خود را افزایش دهد . محققان همچنین امیدوارند چگالی رانش این طرح را افزایش دهند - میزان رانش در واحد سطح. در حال حاضر ، پرواز هواپیمای سبک این تیم نیاز به مساحت زیادی از الکترودها دارد ، که اساساً سیستم پیشرانه هواپیما را تشکیل می دهد. در حالت ایده آل ، بارت دوست دارد هواپیمای بدون سیستم پیشرانه قابل مشاهده و یا سطوح کنترل جداگانه ای از قبیل ریل و آسانسور را طراحی کند.

بارت می گوید: "رسیدن به اینجا طولانی شد." "رفتن از اصل اصلی به چیزی که در واقع پرواز می کند ، سفری طولانی برای توصیف فیزیک بود ، سپس با طراحی و کارآیی آن پیش آمد. اکنون امکانات این نوع پیشرانه عملی است ."

از آنجایی که اولین هواپیما بیش از 100 سال پیش پرواز کرد ، تقریباً هر هواپیما در آسمان با کمک قطعات متحرک مانند پروانه ها ، تیغه های توربین و فن ها به پرواز در آمده است که از طریق احتراق سوخت های فسیلی یا باتری هایی که تولید می کنند تأمین می شود. وزوز مداوم و ناله.

اکنون مهندسان MIT هواپیمای اول را که دارای قطعات متحرک نیست ساخته و پرواز کرده اند. هواپیمای سبک به جای پروانه ها یا توربین ها ، از "باد یونی" تغذیه می شود - یونی خاموش اما قدرتمند از یونی که در داخل هواپیما تولید می شود و باعث می شود فشار کافی برای حرکت هواپیما بر روی یک پرواز پایدار و پایدار ایجاد شود.

این هواپیما برخلاف هواپیماهای دارای توربین ، به پروازهای فسیلی برای پرواز بستگی ندارد. و برخلاف هواپیماهای بدون سرنشین که از هواپیماهای پیشران استفاده می کنند ، طراحی جدید کاملاً ساکت است.

استیون بارت ، استادیار هوانوردی و فضانوردی در MIT می گوید: "این نخستین پرواز پایدار از هواپیما است که هیچ قسمت متحرک در سیستم پیشرانه ندارد." "این به طور بالقوه امکان های جدید و غیر قابل توضیح برای هواپیماهایی را که ساکت تر ، از نظر مکانیکی ساده تر هستند ، ایجاد کرده و انتشار احتراق را منتشر نمی کند."

وی انتظار دارد در آینده نزدیک از چنین سیستم های پیشراننده بادی یونی برای پرواز هواپیماهای بدون سرنشین کمتر استفاده شود. علاوه بر این ، او پیشرانه‌ی یونی را با سیستمهای احتراق معمولی تركیب می كند تا هواپیماهای مسافربری هیبریدی كارآمدتر سوخت و سایر هواپیماهای بزرگ را ایجاد كند.

بارت و تیم وی در MIT نتایج خود را در ژورنال Nature منتشر کرده اند .

صنایع دستی سرگرمی

بارت می گوید الهام بخش هواپیمای یونی تیم تا حدودی از فیلم و سریال های تلویزیونی "Star Trek" گرفته شده است که او با کمال میل در کودکی تماشا کرده است. او به خصوص به كلاسهای مسافرتی آینده نگر که به راحتی از طریق هوا در هوا چسبانده می شوند ، جلب می شود که به نظر نمی رسد قطعات متحرك و به سختی صدایی یا اگزوز دارد.

"این باعث شد من فکر کنم ، در آینده بلند مدت ، هواپیماها نباید پروانه و توربین داشته باشند." "آنها باید بیشتر شبیه شاتل های موجود در" Star Trek "باشند ، که فقط یک درخشش آبی دارند و ساکت می شوند."

حدود 9 سال پیش ، بارت به دنبال راه هایی برای طراحی سیستم پیشرانه برای هواپیماها بدون قطعات متحرک بود. سرانجام او به "باد یونی" رسید ، همچنین به عنوان رانش الکتروآرودینامیکی شناخته می شود - یک اصل فیزیکی که برای اولین بار در دهه 1920 مشخص شد و توصیف باد یا نیرویی را می کند که می تواند هنگام عبور جریان از بین الکترود نازک و ضخیم تولید شود. در صورت اعمال ولتاژ کافی ، هوای موجود در بین الکترودها می تواند فشار کافی را برای حرکت هواپیمای کوچک تولید کند.

سالهاست ، نیروی الکتروآرودینامیکی عمدتاً یک پروژه سرگرمی بوده است و طراحی ها در بیشتر موارد محدود به "بالابرهای رومیزی" کوچک ، دسکتاپ به منابع ولتاژ بزرگ است که فقط باد کافی را برای یک کاردستی کوچک ایجاد می کند تا بتواند به طور خلاصه در هوا بگردد. تا حد زیادی فرض بر این بود كه تولید باد یونی كافی برای پیشران هواپیمای بزرگتر از یك پرواز پایدار غیرممكن خواهد بود.

او به یاد می آورد: "این خواب بی خواب در یک هتل بود که من دچار جت شدم. من به این موضوع فکر می کردم و به جستجوی راه هایی که می توان انجام داد ، شروع کردم." بارت می گوید: "من برخی از محاسبات مربوط به پاکت نامه را انجام دادم و دریافتم که ، بله ، ممکن است به یک پیشرانه عملیاتی زنده تبدیل شود." "و معلوم شد که نیاز به سالها کار برای پرواز از اولین پرواز آزمایشی دارد."

یون ها پرواز می کنند

طراحی نهایی این تیم شبیه یک گلایدر بزرگ و سبک وزن است. این هواپیما که حدوداً 5 پوند وزن دارد و دارای یک بالگرد 5 متری است ، دارای آرایشی از سیم های نازک است که مانند نرده های افقی در امتداد و در زیر انتهای جلوی بال هواپیما کشیده شده اند. سیمها مانند الکترودهای دارای بار مثبت عمل می کنند ، در حالی که سیمهای ضخیم تر به همان ترتیب مرتب می شوند ، که در امتداد قسمت انتهای بال هواپیما اجرا می شوند ، به عنوان الکترودهای منفی عمل می کنند.

بدنه هواپیما پشته ای از باتری های لیتیوم-پلیمر را در خود جای داده است. تیم هواپیمای یونی Barrett شامل اعضای گروه تحقیقاتی برق الکترونیک پروفسور دیوید پررو در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک بود که یک منبع تغذیه را طراحی کردند که خروجی باتری ها را به یک ولتاژ به اندازه کافی بالا برای پیشران هواپیما تبدیل کند. به این ترتیب ، باتری ها به میزان 40،000 ولت برای شارژ مثبت سیم ها از طریق مبدل سبک وزن ، برق را با 40،000 ولت تأمین می کنند.

هنگامی که سیم ها انرژی می گیرند ، آنها برای جذب و از بین بردن الکترونهای با بار منفی از مولکول های هوای اطراف ، مانند یک آهنربای غول پیکر که جذب رشته های آهنی است ، عمل می کنند. مولکول های هوایی که در آن باقی مانده اند تازه یونیزه شده اند و به نوبه خود در الکترودهای با بار منفی در پشت هواپیما جذب می شوند.

از آنجا که ابر تازه یونها به سمت سیمهای با بار منفی سرازیر می شوند ، هر یونی میلیون ها بار با دیگر مولکول های هوا برخورد می کند و محوری را ایجاد می کند که هواپیما را به جلو سوق دهد.

این تیم که شامل کارمندان آزمایشگاه لینکلن ، توماس سباستین و مارک وولستون نیز بود ، در چندین پرواز آزمایشی از طریق سالن بدنسازی در مرکز ورزشی دوپونت MIT - بزرگترین فضای سرپوشیده که برای انجام آزمایشات خود پیدا کردند ، هواپیما را پرواز کردند. این تیم از فاصله 60 متری هواپیما پرواز کردند (حداکثر فاصله در داخل سالن بدنسازی) و یافتند که این هواپیما به اندازه کافی فشار یونی را برای حفظ پرواز در تمام مدت تولید کرده است. آنها با عملکرد مشابه 10 بار پرواز را تکرار کردند.

بارت می گوید: "این ساده ترین هواپیمای ممکن بود که می توانستیم طراحی کنیم که می تواند مفهومی را برای پرواز یک هواپیمای یونی اثبات کند." "این هنوز از هواپیما فاصله دارد که می تواند یک مأموریت مفید را انجام دهد. باید کارآمدتر باشد ، مدت بیشتری پرواز کند و به خارج پرواز کند."

تیم بارت برای تولید بادی یونی بیشتر با ولتاژ کمتر در تلاش است تا راندمان طراحی خود را افزایش دهد . محققان همچنین امیدوارند چگالی رانش این طرح را افزایش دهند - میزان رانش در واحد سطح. در حال حاضر ، پرواز هواپیمای سبک این تیم نیاز به مساحت زیادی از الکترودها دارد ، که اساساً سیستم پیشرانه هواپیما را تشکیل می دهد. در حالت ایده آل ، بارت دوست دارد هواپیمای بدون سیستم پیشرانه قابل مشاهده و یا سطوح کنترل جداگانه ای از قبیل ریل و آسانسور را طراحی کند.

بارت می گوید: "رسیدن به اینجا طولانی شد." "رفتن از اصل اصلی به چیزی که در واقع پرواز می کند ، سفری طولانی برای توصیف فیزیک بود ، سپس با طراحی و کارآیی آن پیش آمد. اکنون امکانات این نوع پیشرانه عملی است ."