MIT Mühendislerinin Hareketli Parça Olmadan İlk Uçağı Uçtuğunu İzle

MIT mühendisleri ilk hareketli uçağı hareketsiz parçalarla inşa etmiş ve uçmuştur. Pervaneler veya türbinler yerine, hafif hava taşıtları uçakta üretilen ve uçağı sürekli ve sabit bir uçuş boyunca itecek kadar itme gücü üreten "iyonik rüzgar" (uçağın üzerinde üretilen sessiz fakat güçlü bir iyon akışı) tarafından beslenir.

Mühendis Steven Barrett, ekibin iyon uçağının ilhamının kısmen sinema ve televizyon dizisinden geldiğini söylüyor. Yıldız Savaşları çocukken hevesle izledi. Özellikle, hareketli parçaları olmayan ve neredeyse hiç gürültü ya da egzoz olmadan, zahmetsizce havada süzülmüş fütüristik mekiklere çekildi.

Barrett, “Bu beni uzun vadeli bir gelecekte uçakların pervaneleri ve türbinlerinin olmaması gerektiğini düşündürdü” diyor. “Mekiklere daha çok benzemeli Yıldız Savaşları, sadece mavi bir parıltı var ve sessizce kayıyorlar. ”

Yaklaşık dokuz yıl önce, Barrett hareketli parçaları olmayan uçaklar için bir sevk sistemi tasarlamanın yollarını aramaya başladı. Sonunda, aynı zamanda, 1920'lerde ilk olarak tanımlanmış ve bir akım ince ve kalın bir elektrot arasında geçirildiğinde üretilebilecek bir rüzgar veya itme tanımlayan fiziksel bir prensip olan elektro-aerodinamik itme olarak da bilinen “iyonik rüzgar” üzerine geldi. Yeterli voltaj uygulanırsa, elektrotlar arasındaki hava küçük bir uçağı itecek kadar baskı yapabilir.

Yıllar boyunca, elektroakerodinamik itici güç çoğunlukla bir hobinin projesiydi ve tasarımların çoğu, küçük bir geminin havada kısa bir süre dolaşması için yeterli rüzgar yaratan büyük voltaj kaynaklarına bağlı küçük, masaüstü “kaldırıcılar” ile sınırlı kaldı. Sürdürülebilir bir uçuş boyunca daha büyük bir uçağı itecek kadar iyonik rüzgar üretmenin imkansız olacağı büyük ölçüde varsayılmıştı.

“Jet-gecikmeli bir otelde uykusuz bir geceydi ve bunu düşünüyordum ve yapılabilecek yolları aramaya başladım” diye hatırlıyor. Barrett, “Bazı zarf arkası hesaplamaları yaptım ve evet, uygulanabilir bir itici sistem haline gelebileceğini öğrendim” diyor. “Bundan bir ilk deneme uçuşuna ulaşmak için uzun yıllar süren bir çalışmaya ihtiyaç duyduğu ortaya çıktı.”

Takımın son tasarımı büyük ve hafif bir planöre benziyor. Yaklaşık beş pound ağırlığında ve beş metre kanat açıklığına sahip olan uçak, uçağın kanadının ön ucunda ve altında yatay çitler gibi gerilmiş bir dizi ince tel taşıyor. Kablolar pozitif yüklü elektrotlar gibi hareket ederken, uçağın kanadının arka ucu boyunca uzanan benzer şekilde düzenlenmiş daha kalın kablolar negatif elektrotlar olarak işlev görür.

Uçağın gövdesi, bir lityum-polimer pil yığınını tutar.Barrett’in iyon uçağı ekibi, pillerin çıkışını uçağı ilerletmek için yeterince yüksek bir voltaja dönüştürecek bir güç kaynağı tasarlayan Profesör David Perreault’un Elektronik Araştırma Laboratuvarı’nın Güç Elektroniği Araştırma Grubu üyelerini içeriyordu. Bu şekilde, aküler, kabloları hafif bir güç dönüştürücü ile pozitif olarak şarj etmek için 40.000 voltta elektrik sağlar.

Teller enerjilendikten sonra, demir yükleri çeken dev bir mıknatıs gibi, negatif yüklü elektronları çevreleyen hava moleküllerinden çekip çıkarmaya çalışırlar. Geride kalan hava molekülleri yeni iyonize edilir ve sırasıyla uçağın arkasındaki negatif yüklü elektrotlara çekilir.

Yeni oluşan iyon bulutu negatif yüklü tellere doğru akarken, her iyon milyonlarca kez diğer hava molekülleri ile çarpışarak uçağı ileriye doğru iten bir itme yaratır.

Lincoln Laboratuvarı personeli Thomas Sebastian ve Mark Woolston'un da dahil olduğu takım, uçakla MIT’in duPont Athletic Center - deneylerini yapmak için bulabilecekleri en büyük kapalı alan olan spor salonundaki birçok deneme uçuşunda uçtu. Ekip, uçağı 60 metrelik bir mesafeden (spor salonunun içindeki maksimum mesafe) uçtu ve uçağın tüm zaman boyunca uçuşu sürdürmek için yeterli iyonik itme ürettiğini keşfetti. Benzer performansla uçuşu 10 kez tekrarladılar.

Barrett “İyon düzleminin uçabileceği konseptini ispatlayabilecek, tasarlayabileceğimiz en basit uçak buydu” diyor. “Yararlı bir görevi yerine getirebilecek bir uçaktan hala bir yol uzakta. Daha verimli olması, daha uzun süre uçması ve dışarıya uçması gerekiyor. ”

Barrett’in ekibi, daha az voltajla daha fazla iyonik rüzgar üretmek için tasarımlarının verimliliğini arttırmaya çalışıyor. Araştırmacılar ayrıca, tasarımın baskı yoğunluğunu - birim alan için oluşturulan baskı miktarını - arttırmayı umuyorlar. Şu anda, ekibin hafif uçağını uçurmak, uçağın itme sistemini oluşturan büyük bir elektrot alanı gerektiriyor. İdeal olarak, Barrett görünür bir tahrik sistemi bulunmayan bir uçak veya dümenler ve asansörler gibi ayrı kontrol yüzeyleri tasarlamak ister.

“Buraya gelmek çok zaman aldı” diyor Barrett. “Temel prensipten gerçekten uçan bir şeye gitmek, fiziği karakterize etmek, sonra tasarıma ulaşmak ve onu çalıştırmak için uzun bir yolculuktu. Şimdi bu tür tahrik sisteminin olanakları var. ”