Des de que el primer avió va volar fa més de 100 anys, pràcticament tots els avions han volat amb l'ajuda de peces mòbils com són les hèlixs, i les turbines, que funcionen bàsicament, amb la combustió de combustibles fòssils.
Recentment, enginyers del MIT, han construït i fet volar el primer avió sense parts mòbils. En lloc d'hèlixs o turbines, l'avió (que és molt lleuger) genera un "vent iònic": un flux silenciós però potent d'ions que es produeixen a bord del pla, i que genera prou empenta per impulsar l'avió en un vol sostingut i constant.
A diferència dels avions amb turbina, l'avió no depèn dels combustibles fòssils per volar. I, a diferència dels avions propulsats per l'hèlix, el nou disseny és completament silenciós.
Imatge: Christine Y. He
Aquest primer avió que es sosté en el aire sense parts mòbils ni sistemes de propulsió, ha permès obrir noves i inexplorables possibilitats d'avions per que siguin més silenciosos, més senzills mecànicament sense emetre emissions de la combustió.
S'espera que, a curt termini, es puguin utilitzar sistemes de propulsió de vents iònics per que els avions facin molt menys soroll gràcies a combinar la propulsió iònica emparellada amb sistemes de combustió més convencionals.
Artesania de l'hobby
La inspiració de l'avió que utilitza un pla d'ions prové, en part, de la sèrie de pel·lícules i televisió "Star Trek". Atrets per les llançadoras futuristes que sense esforç, es desplaçaven per l'aire, aparentment, sense peces mòbils i gairebé sense fer soroll ni emissions de gasos.
Fa uns nou anys, es va començar a buscar noves maneres de dissenyar un sistema de propulsió per a avions sense parts mòbils. Finalment, va venir al "vent iònic", també conegut com empenta electro-aerodinàmica, un principi físic que va ser identificat per primera vegada en la dècada del 1920 i que descriu un vent que es pot produir quan es passa un corrent entre un elèctrode prim i un gruixut. Si s'aplica una tensió suficient, l'aire entre els elèctrodes pot produir prou empenta per propulsar un petit avió.
Durant anys, principalment l'empenta electro-aerodinàmica ha estat un projecte d'aficionats, i els dissenys s'han limitat bàsicament per petits "elevadors" connectats a subministraments de gran voltatge que creen un vent suficient per a una petita aeronau que es desplaça breument a l'aire. Es va suposar que, en gran mesura, seria impossible produir suficient vent iònic per impulsar un avió més gran durant un vol constant.
Ions per volar
El disseny final que a fet l'equip, s'assembla a un planador gran i lleuger. L'avió, que pesa unes 5 lliures i té una envergadura de 5 metres, porta una sèrie de 'filferros' prims, que estan encastats i distribuïts de forma a través de l'envergadura de l'avió i sota l'extrem frontal de l'ala de l'avió. Els cables prims, funcionen com a elèctrodes de càrrega positiva, mentre els cables més gruixuts, que funcionen al llarg de la part posterior de l'ala de l'avió, serveixen com a elèctrodes negatius.
El fusellatge del pla conté una pila de bateries de polímer de liti. L'equip dels vols iòlics de Barrett va comptar amb membres del Grup de Recerca en Electrònica de Potència del Professor David Perreault del Laboratori de Recerca d'Electrònica, que va dissenyar una font d'alimentació que convertiria la producció de les bateries a un voltatge prou elevat per poder propulsar l'avió. D'aquesta manera, les bateries subministren electricitat a 40.000 volts per carregar de manera positiva els cables mitjançant un convertidor de potència lleuger.
Una vegada que els cables estan energitzats, actuen per atreure i eliminar els electrons carregats negativament de les molècules d'aire que l'envolten, com un imant gegant que atreu els encenalls de ferro. Les molècules d'aire que queden enrere són ionitzades, i al seu torn, se senten atretes pels elèctrodes negativament carregats a la part posterior del pla.
A mesura que el nou núvol de ions flueix cap als cables de càrrega negativa, cada ió topa milions de vegades amb altres molècules d'aire, creant una empenta que impulsa l'avió cap endavant.
Vídeo [video: Steven Barret]
L'equip, que també va comptar amb el personal de laboratori de Lincoln, Thomas Sebastian i Mark Woolston, va volar l'avió en múltiples vols de proves al gimnàs del DuPont Athletic Center del MIT, el major espai cobert que es podria trobar per realitzar aquests experiments. L'equip va volar l'avió una distància de 60 metres (la distància màxima dins del gimnàs) i va trobar que l'avió produïa prou empenta iònica per sostenir el vol durant tot el temps. Van repetir el vol 10 vegades, amb un rendiment similar.
Vídeo [video: Steven Barret]
Aquest ha estat l'avió més senzill possible que es podia dissenyar, i que podria demostrar el concepte que un avió amb propulsió iònica, pot volar. Encara s'està lluny d'un avió que pugui fer un vol útil donat a que, ha de ser més eficient, ha de volar durant més temps i ha de volar a l'exterior.
El nou disseny és un "gran pas" per demostrar la viabilitat de la propulsió del vent iònic, segons Franck Plouraboue, investigador sènior de l'Institut de Mecànica de Fluids de Toulouse, França, que assenyala que els investigadors anteriorment no podien volar res més pesat que uns quants grams.
La finalitat dels resultats és una prova directa de que el vol fixat d'un avió amb vent iònic és sostenible, és difícil deduir quant podria influir en la propulsió de l'avió en el futur. No obstant això, no és realment una debilitat sinó una obertura per al progrés futur, en un camp que ara s'ha començat a explotar.
L'equip de Barrett està treballant per augmentar l'eficiència del seu disseny, per produir més vent iònic amb menys voltatge. Els investigadors també esperen augmentar la densitat d'empenta del disseny: és a dir, la quantitat d'empenta generada per unitat d'àrea. Actualment, volar un avió lleuger, requereix una gran superfície d'elèctrodes, que essencialment componen el sistema de propulsió de l'avió. Idealment, es vol dissenyar un avió sense sistema de propulsió visible o separar superfícies de controls, com ara són els timons i els elevadors.
Aquesta investigació va ser recolzada, en part, per la Línia de Sistemes Autònoms del Laboratori MIT Lincoln, el professor Amar G. Bose Research Grant i l'Aliança Singapur-MIT per a la Recerca i la Tecnologia (SMART). El treball també es va finançar a través de les cadires de desenvolupament professional Charles Stark Draper i Leonardo al MIT.
Font: World Economic Forum
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada