Un sistema de propulsión de estado sólido funciona ionizando el aire.  

Un sistema de propulsión de estado sólido funciona ionizando el aire.  

Ion drive se encuentra con el dron, ya que un avión pequeño vuela sin partes móviles Un sistema de propulsión de estado sólido funciona ionizando e

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Ion drive se encuentra con el dron, ya que un avión pequeño vuela sin partes móviles

Un sistema de propulsión de estado sólido funciona ionizando el aire.

Un sistema de propulsión de estado sólido funciona ionizando el aire.  
Naturaleza

La pista cubierta de Johnson en el MIT probablemente no pasará a la historia de la misma manera que Kitty Hawk, pero fue la escena de un primer vuelo con motor. Un equipo de investigadores ha logrado construir el primer avión propulsado por un viento iónico, un sistema de propulsión que no requiere partes móviles. Si bien el vuelo se realizó con un pequeño avión no tripulado, los cálculos de los investigadores sugieren que la eficiencia del diseño se duplicaría simplemente al construir una nave más grande.

Viento jónico

En los aviones convencionales, el aire es empujado por las partes móviles, ya sea hélices o las turbinas dentro de los motores a reacción. Pero hace tiempo que sabemos que también es posible utilizar campos eléctricos para empujar el aire.

El desafío es que el aire se compone en gran parte de moléculas no cargadas que no responden a los campos eléctricos. Pero a voltajes suficientemente altos, es posible ionizar el nitrógeno y el oxígeno que forman nuestra atmósfera, al igual que lo hacen los rayos todo el tiempo. Los electrones que se liberan se alejan, chocan con otras moléculas e ionizan algunas de ellas también. Si esto ocurre en un campo eléctrico, todos esos iones comenzarán a moverse al electrodo apropiado. En el proceso, chocarán con moléculas neutras y las empujarán. El movimiento en masa resultante de las moléculas atmosféricas se llama viento iónico.

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Los cálculos realizados hace décadas, sin embargo, sugerían que no era posible generar una cantidad práctica de empuje usando un viento iónico. Sin embargo, dados los avances en baterías, componentes electrónicos y materiales, un equipo del MIT decidió que es posible que haya llegado el momento de revisar el problema.

Hacerlo requiere navegar por una gran serie de compensaciones. Por ejemplo, cuanto más baja es la intensidad de campo eléctrico de una unidad de viento iónico, más impulso se obtiene para una potencia determinada. Por supuesto, si caes la intensidad de campo lo suficiente, nada se ionizará en primer lugar. Dado que el empuje por unidad de área es pequeño, un sistema de propulsión más extenso tiene sentido, aparte del hecho de que aumentará la resistencia y ralentizará la nave.

Aún así, después de jugar con diferentes diseños de propulsores, los investigadores encontraron que debería ser posible generar suficiente empuje para obtener algo en el aire: “Este nivel de rendimiento sugería que el vuelo de nivel estable de una aeronave no tripulada de ala fija podría ser factible, pero a El límite de lo que es tecnológicamente posible utilizando los materiales actuales y la tecnología de electrónica de potencia “.

Encontrar un equilibrio

El diseño que eligieron tiene un cable delgado como su borde de ataque, donde el nitrógeno y el oxígeno se ionizan. Detrás de eso hay un delgado perfil cubierto por el segundo electrodo. Esto puede proporcionar un poco de elevación adicional y permitir la generación de un campo eléctrico que acelera las moléculas ionizadas desde el cable hasta la lámina.

Pero este diseño tenía que estar integrado con la batería y los componentes electrónicos que lo hacen funcionar, así como con el ala y el cuerpo que convirtieron todo en un avión. Algunos de esos ingredientes no estaban disponibles hasta que el equipo se dispuso a diseñarlos.

“Las restricciones de peso requerían el diseño y la construcción de una pila de baterías personalizada y un convertidor de potencia de alto voltaje personalizado”, escriben los investigadores, “que elevó el voltaje de la batería a 40 kilovoltios”. Para manejar el cuerpo de la aeronave, alimentaron un algoritmo de computadora con una lista de sus restricciones y lo hicieron optimizar para permitir un vuelo estable con un límite en la potencial envergadura.

El hardware resultante incluía un ala de cinco metros con un cuerpo delgado que contenía la batería y los componentes electrónicos suspendidos debajo de ella antes de caer en una cola. A cada lado del cuerpo, colgando del ala, había una serie de ionizadores de alambre / perfil aerodinámico (dos filas de adelante hacia atrás, ambas en una columna de cuatro para un total de ocho). Todo el peso pesaba algo menos de 2.5kg.

Mira, mamá, no hay partes móviles!

Dada una catapulta de lanzamiento basada en una cuerda elástica, la nave podría volar unos 10 metros cuando se apaga. Encienda el viento iónico, que podría cubrir 60 metros y con frecuencia ganaría altitud mientras está encendido. Las mediciones mostraron que los propulsores generaron colectivamente cinco newtons por cada kilovatio de potencia, que en realidad es similar a la salida de los motores a reacción. Pero debido a muchas ineficiencias en el sistema, la eficiencia general fue de solo un 2,5 por ciento, muy por debajo de la de los aviones convencionales.

Aún así, los investigadores tienen una enorme lista de mejoras potenciales. El diseño actual se vio limitado por la decisión de mantenerlo volando dentro de la pista en MIT. Permitir alas más grandes y una mayor velocidad podría lograr esa eficiencia hasta un cinco por ciento sin ningún cambio en la tecnología subyacente. También planean explorar cosas como diferentes formas de generar iones, diseños de electrodos que reducen la resistencia y / o están integrados en el ala, y una mejor electrónica de conversión de energía, todo lo cual podría impulsar aún más las cosas.

Si bien el documento concluye con comentarios sobre los drones urbanos silenciosos y las embarcaciones de monitoreo ambiental que podrían permanecer en el aire por tiempo indefinido, existe la posibilidad de que la tecnología termine siendo poco más que una curiosidad. Aún así, dado que fue habilitado por desarrollos que no tenían nada que ver con el vuelo, valdrá la pena ver qué sucede cuando las personas realmente se enfocan en desarrollar esta tecnología aún más

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