无需燃料!全球首驾“离子引擎”飞机问世麻省

2018-12-05   阅读:118

  这架飞机翼展5米,重2.45公斤,以平均高度0.47米持续飞行了60米。

  试验中,MIT工程师将飞机安装在弹射器上,首先在不使用离子引擎的情况下弹射,飞机飞行了10米:

  时间回溯到1903年12月17日上午10点30分,美国北卡罗莱纳州小鹰镇海滩刮着秒速10~12米的寒风。

  弟弟奥维尔 · 莱特爬上“飞行者一号”,哥哥担心会倾斜,还扶着机翼助跑了一阵。最终人类第一架飞机顶着强风滑行13米,脱离了台车,飞向空中。

  这无疑是20世纪最伟大的12秒,从草图到第一架飞机出世,莱特兄弟用了4年。但最终让人们相信可以靠机器飞空,却花了整整6年...

  次日MIT就在《自然》发表了研究论文,并公布了12秒的试飞视频,证明了研究的真实性。

  据论文数据显示:在当天的10次试验中,飞机每次都能稳定飞行,滞空时间在8至9秒之间。

  虽然这架飞机看上去有些简陋,但它却是人类发明的第一架不配备任何旋转部件,没有螺旋桨,不用涡轮机,全靠离子引擎推进的飞机。

  普通飞机的引擎就像一个大号的吹风机,通过扇叶旋转不断把空气吹向后方,为机翼提供升力。

  而离子引擎也是往后面吹风,但它没有风扇,是靠强大的电场制造出“离子风”。制造过程大致分为两步:

  在离子推进飞机上,机翼的前端装了正电极,通40000伏的高压电后,强大的电场会让正电极吸引空气中的氮气,电子被从氮气上剥离,本来中性的氮气在失去电子后,变成了带正电的离子。

  这时,机翼末端还有个负电极,被后的正电离子被负电极吸引,飞行的途中与其他氮气碰撞,吸走电子,撞出更多的正离子。

  如果正极拿着一把冲锋枪向负极疯狂扫射,这时产生的后坐力就是“离子风”的推力。

  这项技术其实早在20世纪20年代就已经被提出,它的另一个名字是:电动力学推力(EAD)。

  到了20世纪60年代,科学家在多次试验后得出了一个结论:该技术无法创造维持飞行所需的推力水平,且能量转换率极低,仅1%的电能最终被用于驱动。

  2009年,麻省理工学院航空航天学教授史蒂文 · 巴雷特(这次离子推进飞机的主要设计师)了一个关于“无动力装置供飞机推进系统设计”的项目。

  凭借对“EAD”的蜜汁,还有整个团队9年的时间,最终设计出了这个仅有“一只鸡重量”的飞机,以及机翼下的两排八列电线离子引擎。

  不要小看这47厘米,要知道每1厘米的滞空飞行背后,都是基础物理学、空气动力学、能源科学以及航空器设计等复杂的多学科理论在支撑。

  这8秒钟的飞行最大的科学意义在于:MIT成功验证了这类飞行器的构造,已具备离子推进的可能性。

  对于这次成功试飞,巴雷特还说:“我们做的这些改变,都是物理学可以允许的东西”。

  所以,除了,或许我们对未来的飞机还可以憧憬更多:没有引擎噪音、能源来自空气、完全没有污染物排放等等。

  这次试验的离子引擎输入功率600瓦,输出功率只有15瓦,54节锂电池大约只能供电90秒。线%的转换率已经提高到了2.5%,还是有了不小的突破。

  前文说过,这次它只能带起5斤重的飞机,顶多就是一个乘客背包的重量,也是因此,这项技术目前只被应用在了微重力和无阻力的太空。

  (中国自主研发离子电推进系统:霍尔电推力器,目前搭载于实践十三号卫星。)

  这是现有飞行技术中亟待改进的一个方向,巴雷特的构想是:即使离子风产生的推力不足以满足商用飞机的需求,它仍可与喷气发动机一起组合使用。将电力推进系统嵌入飞机的外层壳体中,为沿着飞机流动的空气重新注入动力,从而消除气动阻力并提高燃油效率。

  人类向来不满足于行走在二维的地球表面,而人类真正“插上翅膀”的研究仅仅几百年:

  1502年达芬奇研究翅膀尝试制作机械飞行器;1903年莱特兄弟第一驾重于空气的航空器...

  ,不用螺旋桨,不用涡轮机,没有任何活动的部件。科技的进步不断带来惊喜,我们有理由相信:今天这只8秒的小飞“鸡”,日后终能经住风雨,穿越大洲大洋。

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