움직이는 부품없이 최초의 비행기를 조종하는 엔지니어 – '스타 트렉'에서 영감을 얻음
MIT 엔지니어들이 움직이는 부품이없는 최초의 비행기 비행
조용하고 가벼운 항공기는 화석 연료 나 배터리에 의존하지 않습니다.
Jennifer Chu 글
MIT 뉴스
최초의 비행기가 100 년 전에 비행 한 이래, 거의 모든 항공기는 프로펠러, 터빈 블레이드 및 팬과 같은 움직이는 부품의 도움을 받아 화석 연료의 연소 또는 다음을 생성하는 배터리 팩을 통해 비행했습니다. 지속적이고 우는 소리.
이제 MIT 엔지니어들은 움직이는 부품이없는 최초의 비행기를 만들고 비행했습니다.
프로펠러 나 터빈 대신 경 비행기는 '이온 바람'에 의해 구동됩니다.이 바람은 조용하지만 강력한 이온 흐름으로 비행기에서 생성되고 지속적이고 안정적인 비행을 통해 비행기를 추진하기에 충분한 추력을 생성합니다.
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터빈 구동 비행기와 달리 항공기는 화석 연료에 의존하지 않고 비행합니다. 프로펠러 구동 드론과 달리 새로운 디자인은 완전히 조용합니다.
MIT의 항공 및 우주학 부교수 인 Steven Barrett은“이는 추진 시스템에 움직이는 부품이없는 최초의 지속적인 비행입니다. '이것은 잠재적으로 더 조용하고 기계적으로 더 간단하며 연소 배출을 방출하지 않는 항공기에 대해 새롭고 미지의 가능성을 열었습니다.'
그는 단기적으로 이러한 이온 풍 추진 시스템을 사용하여 소음이 적은 드론을 비행 할 수있을 것으로 예상합니다. 더 나아가, 그는보다 연료 효율이 높은 하이브리드 여객기 및 기타 대형 항공기를 만들기 위해보다 전통적인 연소 시스템과 결합 된 이온 추진을 계획하고 있습니다.
MIT의 Barrett과 그의 팀은 오늘 Nature 저널에 결과를 발표했습니다.
Barrett은 팀의 이온 비행기에 대한 영감은 부분적으로 그가 어렸을 때 열렬히 본 영화 및 TV 시리즈 '스타 트렉'에서 비롯되었다고 말합니다. 그는 특히 움직이는 부품이없고 소음이나 배기 가스도 거의없는 듯 쉽게 공중을 훑어 보는 미래형 셔틀 크래프트에 끌렸다.
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'이로 인해 장기적인 미래에는 비행기에 프로펠러와 터빈이 없어야한다고 생각했습니다.'라고 Barrett은 말합니다. '파란색 빛이 나고 조용히 미끄러지는 '스타 트렉'의 셔틀과 더 비슷해야합니다.'
약 9 년 전 Barrett은 움직이는 부품이없는 비행기의 추진 시스템을 설계하는 방법을 찾기 시작했습니다. 그는 결국 1920 년대에 처음 확인 된 물리적 원리 인 전기 공기 역학적 추력이라고도 알려진 '이온 풍'에 도달했습니다.이 원리는 얇은 전극과 두꺼운 전극 사이에 전류가 흐를 때 생성 될 수있는 바람 또는 추력을 설명합니다. 충분한 전압이 가해지면 전극 사이의 공기가 소형 항공기를 추진하기에 충분한 추력을 생성 할 수 있습니다.
수년 동안 전기 공기 역학적 추력은 대부분 애호가들의 프로젝트였으며, 설계는 대부분 작은 선박이 공중에서 잠시 맴돌기에 충분한 바람을 생성하는 큰 전압 공급 장치에 연결된 소형 데스크탑 '리프터'로 제한되었습니다. 지속적인 비행을 통해 더 큰 항공기를 추진하기에 충분한 이온 바람을 생성하는 것은 불가능하다고 일반적으로 가정했습니다.
'제가 시차에 시달렸을 때 호텔에서 잠 못 이루는 밤이었습니다. 저는 이것에 대해 생각하고 있었고 어떻게 할 수 있을지 모색하기 시작했습니다.'라고 회상합니다. Barrett은“나는 약간의 봉투 뒤 계산을했고 이것이 실행 가능한 추진 시스템이 될 수 있음을 발견했습니다. '그리고 첫 번째 시험 비행에 이르기까지 수년 간의 작업이 필요하다는 것이 밝혀졌습니다.'
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팀의 최종 디자인은 크고 가벼운 글라이더와 비슷합니다. 무게가 약 5 파운드이고 날개 길이가 5m 인이 항공기는 비행기 날개의 앞쪽 끝과 아래에 수평 울타리처럼 연결된 얇은 와이어를 가지고 있습니다. 와이어는 양전하를 띤 전극 역할을하는 반면, 비슷하게 배열 된 두꺼운 와이어는 비행기 날개의 뒤쪽 끝을 따라 이어져 음극 역할을합니다.
비행기의 동체에는 리튬 폴리머 배터리 더미가 있습니다. Barrett의 이온 플레인 팀은 배터리 출력을 비행기를 추진하기에 충분히 높은 전압으로 변환하는 전원 공급 장치를 설계했습니다. 이러한 방식으로 배터리는 경량 전력 변환기를 통해 전선을 양전하하기 위해 40,000V로 전기를 공급합니다.
전선에 전원이 공급되면 철 파일링을 끌어 당기는 거대한 자석처럼 주변 공기 분자에서 음으로 하전 된 전자를 끌어 당겨 제거하는 역할을합니다. 뒤에 남겨진 공기 분자는 새로 이온화되어 비행기 뒷면에있는 음전하를 띤 전극에 끌립니다.
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새로 형성된 이온 구름이 음전하 전선을 향해 흐르면 각 이온이 다른 공기 분자와 수백만 번 충돌하여 항공기를 앞으로 나아가게하는 추력을 생성합니다.
팀은 실험을 수행하기 위해 찾을 수있는 가장 큰 실내 공간 인 MIT의 듀폰 체육 센터에있는 체육관을 가로 지르는 여러 시험 비행을 통해 비행기를 비행했습니다. 팀은 비행기를 60 미터 (체육관 내 최대 거리)로 비행했고 비행기가 전체 시간 동안 비행을 유지하기에 충분한 이온 추력을 생성했음을 발견했습니다. 비슷한 성능으로 비행을 10 회 반복했습니다.
Barrett은 '이것은 이온 비행기가 날 수 있다는 개념을 증명할 수있는 우리가 설계 할 수있는 가장 간단한 비행기였습니다.'라고 말합니다. “유용한 임무를 수행 할 수있는 항공기와는 여전히 약간 떨어져 있습니다. 더 효율적이고, 더 오래 비행하고, 밖으로 나가야합니다. '
프랑스 툴루즈에있는 유체 역학 연구소의 선임 연구원 인 Franck Plouraboue에 따르면, 새로운 설계는 이온 바람 추진의 실현 가능성을 입증하기위한“큰 단계”라고합니다. 그는 이전에는 연구자들이 그보다 더 무거운 것은 비행 할 수 없었습니다. 몇 그램.
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연구에 참여하지 않은 Plouraboue는“결과의 강점은 이온 바람을 동반 한 드론의 꾸준한 비행이 지속 가능하다는 직접적인 증거입니다. “[드론 응용 프로그램을 제외하고] 미래에 항공기 추진에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지 추론하기 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 이것은 실제로 약점이 아니라 현재 터질 분야에서 미래의 발전을위한 시작입니다.”
Barrett의 팀은 더 적은 전압으로 더 많은 이온 바람을 생성하기 위해 설계 효율성을 높이기 위해 노력하고 있습니다. 연구진은 또한 설계의 추력 밀도 (단위 면적당 생성되는 추력의 양)를 높이기를 희망하고 있습니다. 현재 팀의 경량 비행기를 비행하려면 기본적으로 비행기의 추진 시스템을 구성하는 넓은 면적의 전극이 필요합니다. 이상적으로 Barrett은 추진 시스템이 보이지 않거나 방향타 및 엘리베이터와 같은 별도의 제어 표면이없는 항공기를 설계하고자합니다.
Barrett은“여기에 도착하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. “기본 원리에서 실제로 날아가는 것으로 이동하는 것은 물리학을 특성화 한 다음 설계를 제시하고 작동하도록 만드는 긴 여정이었습니다. 이제 이러한 종류의 추진 시스템에 대한 가능성이 실현 가능합니다.”
허가 재판 MIT 뉴스
(손목 시계아래 비디오) –MIT / Christine Y. He의 사진
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