Het vliegtuig is zo ontworpen dat het niet afhankelijk is van fossiele brandstoffen of batterijen omdat het geen bewegend onderdeel heeft
Sinds de ontdekking van vliegtuig meer dan 100 jaar geleden, elke vliegen machine of vliegtuig in de lucht maakt gebruik van bewegende delen zoals propellers, straalmotoren, bladen van een turbine, ventilatoren enz. die stroom verkrijgen door verbranding van fossiele brandstoffen of door het gebruik van een batterij die een soortgelijk effect kan produceren.
Na bijna tien jaar lang onderzoek hebben luchtvaartwetenschappers van het MIT voor het eerst een vliegtuig gebouwd en gevlogen dat geen bewegende delen heeft. De voortstuwingsmethode die in dit vliegtuig wordt gebruikt, is gebaseerd op het principe van elektro-aerodynamische stuwkracht en wordt 'ionenwind' of ionenvoortstuwing genoemd. Dus in plaats van propellers, turbines of straalmotoren die in conventionele vliegtuigen worden gebruikt, wordt deze unieke en lichte machine aangedreven door 'ionische wind'. De 'wind' kan worden geproduceerd door sterke elektrische stroom te laten lopen tussen een dunne en een dikke elektrode (aangedreven door lithiumionbatterijen), wat resulteert in het ioniseren van gas, waardoor snel bewegende geladen deeltjes worden geproduceerd die ionen worden genoemd. De ionische wind of ionenstroom botst tegen luchtmoleculen en duwt ze naar achteren, waardoor het vliegtuig de stuwkracht krijgt om vooruit te komen. De richting van de wind hangt af van de opstelling van de elektroden.
Ionenvoortstuwingstechnologie wordt al gebruikt door NASA in outer space for satellites and spacecrafts. In this scenario since space is vacuum, there is no friction and thus its quite simple to drive a spacecraft to move forward and its speed also gradually builds up. But in the case of aircrafts on Earth it is understood that our planeet atmosphere is very dense to get ions to drive an aircraft above the ground. This is the first time ion technology has been tried to fly airplanes on our vliegtuig. It was challenging. firstly because just enough thrust is needed to keep the machine flying and secondly, the airplane will have to overcome the drag from resistance to air. The air is sent backward which then pushes the airplane forward. The crucial difference with using the same ion technology in space is that a gas needs to be carried by the spacecraft which will be ionized because space is vacuum while an aircraft in Earth’s atmosphere ionizes nitrogen from atmospheric air.
Het team voerde meerdere simulaties uit en ontwierp vervolgens met succes een vliegtuig met een spanwijdte van vijf meter en een gewicht van 2.45 kilogram. Voor het opwekken van een elektrisch veld werd een reeks elektroden onder de vleugels van het vliegtuig aangebracht. Deze bestonden uit positief geladen roestvrijstalen draden voor een negatief geladen plak schuim bedekt met aluminium. Deze sterk geladen elektroden kunnen voor de veiligheid met de afstandsbediening worden uitgeschakeld.
Het vliegtuig werd getest in een gymnasium door het te lanceren met behulp van een bungee. Na vele mislukte pogingen kon dit vliegtuig zichzelf voortstuwen om in de lucht te blijven. Tijdens 10 testvluchten kon het vliegtuig tot een hoogte van 60 meter vliegen minus het gewicht van een menselijke piloot. Auteurs willen de efficiëntie van hun ontwerp verhogen en meer ionische wind produceren terwijl ze minder spanning gebruiken. Het succes van een dergelijk ontwerp moet worden getest door de technologie op te schalen en dat kan een zware opgave zijn. De grootste uitdaging zou zijn als de omvang en het gewicht van het vliegtuig toenemen en een groter gebied bestrijken dan zijn vleugels, het vliegtuig een hogere en sterkere stuwkracht nodig zou hebben om te blijven drijven. Er kunnen verschillende technologieën worden onderzocht, bijvoorbeeld om batterijen efficiënter te maken of om zonnepanelen te gebruiken, oftewel nieuwe manieren te vinden om de ionen op te wekken. Dit vliegtuig gebruikt het conventionele ontwerp voor vliegtuigen, maar het kan mogelijk zijn om een ander ontwerp te proberen waarin elektroden de ioniserende richting kunnen bepalen of een ander nieuw ontwerp kan worden geconceptualiseerd.
De technologie die in de huidige studie wordt beschreven, zou perfect kunnen zijn voor stille drones of eenvoudige vliegtuigen, omdat de huidige drones een grote bron van geluidsoverlast zijn. In deze nieuwe technologie genereert stille stroming voldoende stuwkracht in het voortstuwingssysteem dat het vliegtuig over een goed volgehouden vlucht kan voortstuwen. Dit is uniek! Zo'n vliegtuig heeft geen fossiele brandstoffen nodig om te vliegen en heeft dus ook geen directe vervuilende uitstoot. Ook in vergelijking met vliegmachines die propellers enz. gebruiken, is dit stil. De nieuwe ontdekking is gepubliceerd in NATUUR.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
XuH et al. 2018. Vlucht van een vliegtuig met vaste-stofvoortstuwing. Natuur. 563(7732). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0707-9
***
