لینک کوتاه مطلب : https://hsgar.com/?p=4192

مهندسان MIT اولین هواپیمای سبک، بی‌صدا و بدون نیاز به سوخت فسیلی به پرواز در آوردند

از زمانی که اولین هواپیما بیش از 100 سال پیش پرواز کرد، تقریباً هر هواپیما در آسمان با کمک قطعات متحرکی مانند پروانه‌ها، پره‌های توربین یا فن‌هایی که صدای ناله‌ای دائمی تولید می‌کنند، پرواز کرده است.

اکنون مهندسان MIT اولین هواپیمای بدون قطعات متحرک را ساخته و به پرواز درآورده اند. به جای پروانه ها یا توربین ها، هواپیمای سبک با یک “باد یونی” نیرو می گیرد – یک جریان بی صدا اما قوی از یون ها که در هواپیما تولید می شود و نیروی رانش کافی برای به حرکت درآوردن هواپیما بر روی یک پرواز پایدار و ثابت ایجاد می کند.

برخلاف هواپیماهای توربین، هواپیما برای پرواز به سوخت های فسیلی وابسته نیست. و برخلاف پهپادهای ملخ‌دار، طراحی جدید کاملاً بی‌صدا است.

استیون بارت، استادیار هوانوردی و فضانوردی در MIT می‌گوید: «این اولین پرواز پایدار هواپیما است که هیچ بخش متحرکی در سیستم پیش‌رانش ندارد. این به طور بالقوه فرصت‌های جدید و ناشناخته‌ای را برای هواپیماهایی که ساکت‌تر، از نظر مکانیکی ساده‌تر هستند و انتشارات احتراق منتشر نمی‌کنند، باز کرده است.»

او انتظار دارد که در کوتاه مدت، از چنین سیستم‌های پیشران بادی یونی برای پرواز هواپیماهای بدون سر و صدای کمتر استفاده شود. علاوه بر این، او پیشرانه یونی را با سیستم های احتراق معمولی تر جفت می کند تا هواپیماهای مسافربری هیبریدی و سایر هواپیماهای بزرگ با مصرف سوخت کارآمدتر ایجاد کند.

بارت و تیمش در MIT نتایج خود را امروز در مجله منتشر کردند طبیعت.

صنایع دستی سرگرمی

بارت می‌گوید الهام‌بخش هواپیمای یونی تیم تا حدودی از فیلم و سریال تلویزیونی «پیشتازان فضا» می‌آید که او در کودکی مشتاقانه آن را تماشا می‌کرد. او به‌ویژه جذب کشتی‌های شاتل‌های آینده‌نگر بود که بدون زحمت در هوا می‌چرخیدند، به‌ظاهر هیچ قطعه متحرکی نداشتند و به سختی هیچ صدا یا اگزوزی نداشتند.

بارت می گوید: «این باعث شد فکر کنم در آینده بلندمدت هواپیماها نباید ملخ و توربین داشته باشند. آنها باید بیشتر شبیه شاتل های «پیشتازان فضا» باشند،که فقط یک درخشش آبی دارند و بی سر و صدا می‌لغزند.»

حدود 9 سال پیش، بارت شروع به جستجوی راه هایی برای طراحی یک سیستم محرکه برای هواپیماهای بدون قطعات متحرک کرد. او سرانجام به «باد یونی» که به عنوان رانش الکتروآیرودینامیکی نیز شناخته می‌شود، رسید – یک اصل فیزیکی که برای اولین بار در دهه 1920 شناسایی شد و یک باد یا رانش را توصیف می‌کند که می‌تواند با عبور جریان بین یک الکترود نازک و یک الکترود ضخیم ایجاد شود. اگر ولتاژ کافی اعمال شود، هوای بین الکترودها می تواند نیروی رانش کافی برای به حرکت درآوردن یک هواپیمای کوچک ایجاد کند.

برای سال‌ها، رانش الکتروآئرودینامیک عمدتاً یک پروژه سرگرم‌کننده بوده است، و طراحی‌ها در بیشتر موارد به «بالابرهای» کوچک رومیزی محدود شده‌اند که به منابع ولتاژ بزرگ متصل شده‌اند که باد کافی برای یک کشتی کوچک ایجاد می‌کنند تا برای مدت کوتاهی در هوا شناور شوند. تا حد زیادی تصور می شد که تولید باد یونی کافی برای به حرکت درآوردن یک هواپیمای بزرگتر در یک پرواز پایدار غیرممکن است.

او به یاد می‌آورد: «شب بی‌خوابی در هتلی بود که جت لگ داشتم، و به این فکر می‌کردم و شروع به جستجوی راه‌هایی کردم که می‌توان این کار را انجام داد. بارت می گوید: «من برخی از محاسبات پشت سر هم انجام دادم و متوجه شدم که، بله، ممکن است به یک پیشرانه قابل دوام تبدیل شود. و معلوم شد که برای رسیدن از آن به اولین پرواز آزمایشی به سال‌ها کار نیاز است.»

یون ها پرواز می کنند

طراحی نهایی این تیم شبیه یک گلایدر بزرگ و سبک وزن است. این هواپیما که وزن آن حدود 5 پوند و طول بال های آن 5 متر است، مجموعه ای از سیم های نازک را حمل می کند که مانند حصار افقی در امتداد و زیر قسمت جلویی بال هواپیما قرار گرفته اند. سیم‌ها به‌عنوان الکترودهایی با بار مثبت عمل می‌کنند، در حالی که سیم‌های ضخیم‌تری که به‌طور مشابه چیده شده‌اند، که در امتداد انتهای پشتی بال هواپیما قرار دارند، به عنوان الکترودهای منفی عمل می‌کنند.

بدنه هواپیما مجموعه ای از باتری های لیتیوم پلیمری را در خود جای داده است. تیم هواپیمای یونی بارت شامل اعضایی از گروه تحقیقاتی الکترونیک قدرت پروفسور دیوید پرولت در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک بود که منبع تغذیه ای را طراحی کردند که خروجی باتری ها را به ولتاژ کافی برای به حرکت درآوردن هواپیما تبدیل می کرد. به این ترتیب باتری ها برق 40000 ولتی را برای شارژ مثبت سیم ها از طریق یک مبدل برق سبک تامین می کنند.

هنگامی که سیم‌ها انرژی می‌گیرند، الکترون‌های دارای بار منفی را از مولکول‌های هوای اطراف جذب و دور می‌کنند، مانند آهنربای غول‌پیکری که براده‌های آهن را جذب می‌کند. مولکول های هوا که در پشت هواپیما باقی می مانند به تازگی یونیزه می شوند و به نوبه خود به سمت الکترودهای دارای بار منفی در پشت هواپیما جذب می شوند.

هنگامی که ابر تازه تشکیل شده از یون ها به سمت سیم های دارای بار منفی جریان می یابد، هر یون میلیون ها بار با مولکول های دیگر هوا برخورد می کند و نیروی رانشی ایجاد می کند که هواپیما را به جلو می راند.

فیلم بدون تحریف دوربین از glide 2 بدون برق، با حاشیه‌نویسی موقعیت و انرژی حاصل از ردیابی دوربین. اعتبار: استیون بارت

این تیم که شامل کارکنان آزمایشگاه لینکلن، توماس سباستین و مارک وولستون نیز بود، هواپیما را در چندین پرواز آزمایشی در سراسر سالن ورزشی در مرکز ورزشی دوپونت MIT به پرواز درآوردند – بزرگترین فضای سرپوشیده ای که آنها می توانستند برای انجام آزمایشات خود پیدا کنند. تیم هواپیما را در فاصله 60 متری (حداکثر فاصله در سالن بدنسازی) طی کرد و متوجه شد که هواپیما نیروی رانش یونی کافی برای حفظ پرواز در تمام مدت تولید می کند. آنها پرواز را 10 بار با عملکردی مشابه تکرار کردند.

فیلم دوربین بدون تحریف از پرواز 9، با حاشیه‌نویسی موقعیت و انرژی حاصل از ردیابی دوربین. 2 برابر سرعت گرفت اعتبار: استیون بارت

بارت می گوید: «این ساده ترین هواپیمای ممکنی بود که می توانستیم طراحی کنیم که می توانست این مفهوم را که یک هواپیمای یونی می تواند پرواز کند، ثابت کند. هنوز مقداری از هواپیمایی که بتواند ماموریت مفیدی را انجام دهد فاصله دارد. باید کارآمدتر باشد، مدت طولانی تری پرواز کند و به بیرون پرواز کند.»

به گفته فرانک پلورابو، محقق ارشد مؤسسه مکانیک سیالات در تولوز، فرانسه، که اشاره می کند که محققان قبلاً قادر به پرواز با چیزی سنگین تر از این نبودند، طرح جدید “گامی بزرگ” به سمت نشان دادن امکان سنجی پیشرانه بادی یونی است. چند گرم

پلورابو، که در این تحقیق شرکت نداشت، می‌گوید: «قدرت نتایج به‌طور مستقیم ثابت می‌کند که پرواز مداوم یک پهپاد با باد یونی پایدار است». “[Outside of drone applications]، استنباط اینکه چقدر می تواند بر پیشرانه هواپیما در آینده تأثیر بگذارد دشوار است. با این وجود، این واقعاً یک ضعف نیست، بلکه گشایشی برای پیشرفت‌های آینده است، در زمینه‌ای که اکنون در حال انفجار است.»

تیم بارت روی افزایش کارایی طراحی خود کار می کند تا باد یونی بیشتری با ولتاژ کمتر تولید کند. محققان همچنین امیدوارند که چگالی رانش طرح را افزایش دهند – مقدار نیروی رانش تولید شده در واحد سطح. در حال حاضر، پرواز با هواپیمای سبک وزن این تیم به فضای وسیعی از الکترودها نیاز دارد که اساساً سیستم رانش هواپیما را تشکیل می دهد. در حالت ایده آل، بارت مایل است هواپیمایی طراحی کند که هیچ سیستم محرکه قابل مشاهده یا سطوح کنترل جداگانه ای مانند سکان و آسانسور نداشته باشد.

بارت می گوید: «زمان زیادی طول کشید تا به اینجا رسیدم. «رفتن از اصل اولیه به چیزی که واقعاً پرواز می‌کند، یک سفر طولانی برای مشخص کردن ویژگی‌های فیزیک، سپس ارائه طرح و عملی کردن آن بود. اکنون امکانات این نوع پیشرانه قابل اجرا است.»

این تحقیق تا حدی توسط خط سیستم‌های خودمختار آزمایشگاه MIT لینکلن، پروفسور Amar G. Bose Research Grant، و اتحادیه سنگاپور-MIT برای تحقیقات و فناوری (SMART) پشتیبانی شد. این کار همچنین از طریق صندلی های توسعه شغلی چارلز استارک دریپر و لئوناردو در MIT تامین شد.

لینک منبع

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.