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首架离子驱动飞机研制乐成

文章泉源:中国迷信报 赵熙熙 唐凤   公布工夫:2018-11-26  【字号:     】  

MIT设计的飞机是电氛围动力推进的一个里程碑。图片泉源:MIT

  1903年,莱特兄弟那架闻名的“莱特飞行者”初次试飞时,其粗糙的汽油发起机经过传动链旋转着两个螺旋桨,一定制造了宏大的乐音。115年后,另一种全新的飞机在没有任何运转部件的环境下,像幽灵一样平静地飞上了天空。要是研讨职员可以或许降服按比例缩小这项技能所面对的困难挑衅,这种没有螺旋桨或涡轮叶片,无需化石动力或太阳能驱动的新型飞机大概会成为一架平静的无人机,乃至还会变为一架更简朴的飞机。

  与螺旋桨或喷气发起机差别,这架单人皮划艇大小的飞机使用电氛围动力学(EAD)推进本身在空中进步。这种推进方法使用电的作用力将氛围向后送,同时给飞机一个相称的向前推力。

  美国剑桥市麻省理工学院(MIT)航空工程师Steven Barrett说,航空工程师恒久以来不停以为飞机可以由EAD提供动力,但历来没有人制作过可以或许举起本身分量的EAD飞机。Barrett说,当本身和同事终于乐成时,他们寂然起敬地站立着。“它花了约莫7年的工夫才顺遂升空。”

  在EAD推进体系中,一个强盛的电场会孕育发生一种叫做离子风的疾速挪动带电粒子风,这些带电粒子会撞击中性氛围分子,把中性氛围分子推到飞机背面,从而给飞机一个推力。这项技能又称离子驱动、离子风或离子推进,曾经被美国宇航局开辟用于外层空间,如今曾经摆设在一些卫星和航天器上。由于太空是真空的,这些体系会携带像氙如许的液体来电离,而Barrett的飞行器则被设计用来电离四周氛围中的氮分子。

  但是,在太空中摆设离子驱动器要比在大气中容易得多。比方,重力引导卫星围绕地球运转,而离子驱动可举行小的门路修正。但在大气中,飞机必需孕育发生充足的推力来连结本身的高度,同时还需降服氛围带来的连续阻力。

  在举行了屡次盘算机模仿之后,Barrett的团队决议设计一架翼展5米、质量为2.45公斤(约莫有一只鸡那么重)的飞机。为了孕育发生所需的电场,几组雷同百叶窗的电极在飞机机翼下运转,每组电极都由一根带正电荷的不锈钢丝构成,这根丝位于一片带负电荷的铝制泡沫片后面几厘米处。这架飞机还携带了一个定制电池组和一个转换器,可以将电池的电压从200伏特进步到40千伏。固然高电荷的电极被袒露在飞机的框架上,但它们可以经过遥控安装加以开关,从而制止了宁静危害。

  研讨团队在MIT的一个别育馆对这架飞机举行了测试,为了制止撞上活动员,他们挑选在专业工夫事情。Barrett说:“曾产生了一些十分严峻的变乱。”终极,研讨小组设计了一品种似弹弓的安装资助发射飞机。

  颠末数百次失败的实验,这架飞机终于可以或许推进本身飞起来了。研讨职员在11月22日出书的《天然》杂志上报道称,颠末10屡次试飞,这架飞机在约莫10秒钟内飞行了60米——比莱特兄弟第一次飞行的间隔要更远一些,且均匀高度为半米。

  “这是巨大的第一步。”并未到场该项事情且从事EAD微型呆板人研讨的加利福尼亚大学伯克利分校电气工程师Daniel Drew表现。不外他告诫说:“要是他们试图让飞机的尺寸变得更大,就会遇到许多题目。”Drew以为,最基本的题目在于缩放比例。随着飞机体积的增大,其分量的增长速率将凌驾机翼面积的增长速率。他表明说,为了连结在空中停顿,一架更大的飞机每单元机翼面积必需孕育发生更多的推力,而这“从物理学的角度而言是极端困难的”。

  Barrett还没有作好该飞机有朝一日运送人类的预备。“显然,我们另有很长的路要走,另有许多事变必要革新。”他说,“但我不以为有什么事变是基础不行能做到的。”Barrett表现,可以经过进步动力转换器体系和电池的服从、测试孕育发生离子的差别计谋,以及将推进器集成到飞机的框架中以淘汰阻力来改进推力。

  法国国度研讨机构CNRS和图卢兹大学流膂力学研讨员Franck Plouraboue表现,为EAD飞机提供动力的一种途径大概是附着在飞机顶部的超轻型太阳能电池板。

  Drew以为人们更有大概在将来看到一群小型的EAD飞机。Barrett以为EAD飞机最大的长处是乐音小。他指出,该推进体系可以在短期内用于低乐音无人机,将来无望与传统熄灭体系共用,制造出更节能的混动客机及其他大型飞行器。“要是我们想在都会到处利用无人机运送物品和监测氛围质量,那么嗡嗡声和乐音净化就会变得相称烦人。”




(责任编辑:侯茜)

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