Prvé lietadlo s iónovým veterným pohonom

Prototyp lietania s elektrickým ťahom - bez vrtule alebo turbíny

Iónové veterné lietadlo na prvý let - dostane jeho ťah bez vrtule alebo dýzy. © Steven Barrett / Príroda
čítať nahlas

Historický prvý let: Po prvýkrát lietadlo s vrtuľou bez vrtule alebo dýz - svetová premiéra. Pretože ultraľahké vozidlo bez posádky je poháňané iónovým vetrom - ionizácia vzduchu generovaného elektródami. Táto technológia pohonu sa doteraz považovala za príliš neúčinnú a slabú, prvý let to teraz vyvracia. Prototyp síce váži iba niekoľko kilogramov, ale úspešný test by teraz mohol otvoriť spôsoby rozvoja tejto techniky.

Prvé kĺzavé lety Otta Lilienthala pred viac ako 120 rokmi si ľudia podmanili vzdušný priestor prvýkrát. O niečo neskôr priekopníci ako bratia Wrightovci a Gustav Weisskopf dokončili prvé lety s motorom. Dnes je letecká doprava súčasťou každodenného života. Ale či už ide o prúdové, elektrické lietadlo alebo solárny impulz 2 poháňaný solárnou energiou: Allen má spoločné to, že sú poháňané pohybujúcimi sa časťami - vrtuľami, rotormi alebo turbínami.

Inšpiráciou bolo Star Trek

Teraz však prvýkrát vstúpilo do vzduchu lietadlo, ktoré nemá žiadne pohyblivé komponenty - a letí úplne ticho. Počas prvého letu prototyp s päťmetrovým rozpätím krídla a hmotnosťou asi 2, 5 kilogramu ľahko zakryl 60 metrov - v termináli nebolo viac miesta. „Toto je úplne prvý let s motorovým pohonom, ktorý nemá žiadne pohyblivé časti v pohonnom systéme, “ hovorí projektový manažér Steven Barrett z technologického inštitútu Massachusetts (MIT).

Inšpirácia pre tento neobvyklý lietajúci objekt dala vedcom vesmírne trajekty zo série sci-fi Star Trek. „Myslel som si, že bude možné vyrobiť lietadlo, ktoré nebude mať vrtule ani turbíny, “ hovorí Barrett. „Namiesto toho by mali ticho kĺzať ako tieto raketoplány poháňané namodralým žiarením.“

Napäté drôty slúžia prototypu ako elektródy © Steven Barrett / Nature

Ťah v dôsledku ionizovaného prúdu vzduchu

Ako sa však dá sci-fi stať skutočnosťou? To bolo umožnené technológiou pohonu, ktorá bola vytvorená už v 20. rokoch 20. storočia, tzv. Elektroanodynamickým ťahom alebo iónovým vetrom. V tomto prípade sú plynné častice vzduchu ionizované pozitívnou elektródou na prednej hrane krídla. V prototype pozostáva z niekoľkých vodorovne napnutých drôtov. zobraziť

Tieto častice nabitého vzduchu sú priťahované k zápornej elektróde na zadnom okraji krídla. Pretože ióny sa na svojej ceste zrážajú aj s inými molekulami vzduchu a odovzdávajú svoju energiu, vytvára sa prúd vzduchu, tzv. Iónový vietor. „Tento iónový vietor vytvára ťah, ktorý pôsobí proti smeru toku iónov, “ vysvetľujú vedci.

Úspešný let

„Aj keď bolo predložených niekoľko návrhov pre elektro-aerodynamické lietadlá, žiadny z nich nikdy nelietal, “ hovorí Barrett a jeho kolegovia. Jeden z dôvodov: Doposiaľ bol iónový veterný pohon príliš neúčinný na to, aby do vzduchu priviedol väčšie lietajúce objekty. Vedci sa k tomu však neuspokojili a na vývoj lietateľného iónového veterného vozidla použili počítačovú optimalizačnú metódu.

Lietadlo s iónovou veternou energiou - takto to funguje Nature Video

S úspechom: Počas prvého letu vo veľkej hale jej prototyp preletel asi 60 metrov vo výške asi jedného a pol metra viac priestoru nebolo v športovej hale k dispozícii. „Kvôli obmedzenému priestoru sme museli použiť bungee lanový systém, aby sme dostali lietadlo do vzdialenosti päť stôp až päť metrov za sekundu, “ píšu vedci. Ale potom začal účinok iónového veterného pohonu, prototyp vzrástol nezávisle a pokračoval v lietaní rýchlosťou iba päť metrov za sekundu.

Potrebné optimalizácie - a uskutočniteľné

Lietadlo s iónovým vetrom a jeho pohon nie sú stále príliš efektívne, ako to uvádza Barrett. „V prvom rade sme chceli dokázať, že iónové veterné lietadlá môžu vôbec lietať, “ hovorí vedecký pracovník. Predovšetkým je potrebné stále výrazne optimalizovať konverziu elektrickej energie na ťah. Doteraz prototyp získal potrebnú energiu z lítiových batérií s výkonom 600 wattov, ktoré pomocou vysokonapäťového prevodníka generujú 40 000 voltov.

Avšak iba asi 2, 5 percenta tejto elektrickej energie sa zmenilo na ťah. Dôvodom však je, že prototyp ešte nemá optimálne rozpätie krídla. „Letúny s efektívnosťou päť percent sú tiež ľahko realizovateľné so súčasnou technológiou, “ uviedol Barrett a jeho tím. Ich modelové výpočty tiež naznačujú, že účinnosť takýchto pohonných systémov s iónovým vetrom sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou: pri rýchlosti 300 metrov za sekundu už klesá pri 50 percentách.

Cesta k tichším a zelenším lietadlám

„Táto technológia otvára nové a neskúmané možnosti pre lietadlá, ktoré sú tichšie a vďaka nedostatku pohyblivých častí sú mechanicky jednoduchšie, “ hovorí Barrett. „Navyše nevydávajú žiadne emisie zo spaľovania.“ Vedci v blízkej budúcnosti uvidia prvé aplikácie iónového vetra, najmä v dronoch. Neskôr sa však tento pohon mohol použiť aj na veľkých osobných a nákladných strojoch. V kombinácii s konvenčnými pohonmi by iónový vietor mohol potom významne znížiť spotrebu paliva týchto lietadiel.

„Je to ešte dlhá cesta, “ hovorí Barrett. On a jeho tím teraz chcú zvýšiť efektívnosť svojich iónových veterných lietadiel. Okrem toho pracujú na návrhoch, v ktorých sú elektródy zabudované do krídla - ide o zvýšenie bezpečnosti a aerodynamiky. „Je dôležité, aby sme teraz vedeli, že tento typ pohonu je uskutočniteľný, “ hovorí výskumný pracovník. (Nature, 21018; doi: 10, 1038 / s41586-018-0707-9)

(Massachusetts Institute of Technology, 22. november 2018 - NPO)