Desde que o primeiro avião voou há mais de 100 anos, praticamente todas as aeronaves no céu voaram com a ajuda de peças móveis, como hélices, lâminas de turbina, e fãs, que são alimentados pela combustão de combustíveis fósseis ou por baterias que produzem um produto persistente, zumbido lamentável.

Agora, os engenheiros do MIT construíram e pilotaram o primeiro avião sem peças móveis. Em vez de hélices ou turbinas, a aeronave leve é ​​movida por um "vento iônico" - um fluxo de íons silencioso, mas poderoso, que é produzido a bordo do avião, e isso gera impulso suficiente para impulsionar o avião em uma sustentada, vôo constante.

Ao contrário dos aviões movidos a turbina, a aeronave não depende de combustíveis fósseis para voar. E, ao contrário dos drones movidos a hélice, o novo design é totalmente silencioso.

"Este é o primeiro vôo sustentado de um avião sem partes móveis no sistema de propulsão, "diz Steven Barrett, professor associado de aeronáutica e astronáutica no MIT. "Isso abriu possibilidades potencialmente novas e inexploradas para aeronaves mais silenciosas, mecanicamente mais simples, e não emitem emissões de combustão. "

Ele espera que, a curto prazo, tais sistemas de propulsão eólica iônica poderiam ser usados ​​para voar drones menos barulhentos. Mais longe, ele prevê a propulsão iônica emparelhada com sistemas de combustão mais convencionais para criar mais economia de combustível, aviões híbridos de passageiros e outras aeronaves de grande porte.

Barrett e sua equipe no MIT publicaram seus resultados no jornal Natureza .

Artesanato de passatempo

Barrett diz que a inspiração para o plano de íons da equipe vem em parte do filme e da série de televisão, "Jornada nas Estrelas, "que ele assistia avidamente quando era criança. Ele era particularmente atraído pelas naves futuristas que deslizavam sem esforço pelo ar, aparentemente sem partes móveis e quase nenhum ruído ou exaustão.

"Isso me fez pensar, no futuro de longo prazo, aviões não deveriam ter hélices e turbinas, "Barrett diz." Eles deveriam ser mais como os ônibus em 'Star Trek, 'que tem apenas um brilho azul e desliza silenciosamente. "

Cerca de nove anos atrás, Barrett começou a procurar maneiras de projetar um sistema de propulsão para aviões sem partes móveis. Ele finalmente encontrou "vento iônico, "também conhecido como impulso eletroaerodinâmico - um princípio físico que foi identificado pela primeira vez na década de 1920 e descreve um vento, ou impulso, que pode ser produzida quando uma corrente é passada entre um eletrodo fino e um eletrodo grosso. Se for aplicada tensão suficiente, o ar entre os eletrodos pode produzir empuxo suficiente para impulsionar uma pequena aeronave.

Por anos, impulso eletroaerodinâmico tem sido principalmente um projeto de amadores, e os projetos foram em sua maior parte limitados a pequenos, "elevadores" de mesa presos a grandes fontes de voltagem que criam vento suficiente para uma pequena nave pairar brevemente no ar. Foi amplamente assumido que seria impossível produzir vento iônico suficiente para impulsionar uma aeronave maior em um vôo sustentado.

"Foi uma noite sem dormir em um hotel quando eu estava com o fuso horário, e estava pensando sobre isso e comecei a procurar maneiras de fazer isso, "ele lembra." Fiz alguns cálculos no verso do envelope e descobri que, sim, pode se tornar um sistema de propulsão viável, "Barrett diz." E acabou que foram necessários muitos anos de trabalho para chegar a um primeiro vôo de teste. "

Íons levantam vôo

O design final da equipe se assemelha a um grande, planador leve. A aeronave, que pesa cerca de 5 libras e tem uma envergadura de 5 metros, carrega uma série de fios finos, que são amarrados como uma cerca horizontal ao longo e abaixo da extremidade dianteira da asa do avião. Os fios agem como eletrodos carregados positivamente, enquanto fios mais grossos dispostos de forma semelhante, correndo ao longo da extremidade traseira da asa do avião, servem como eletrodos negativos.

A fuselagem do avião contém uma pilha de baterias de polímero de lítio. A equipe de plano de íons de Barrett incluiu membros do Grupo de Pesquisa de Eletrônica de Potência do Professor David Perreault no Laboratório de Pesquisa de Eletrônica, que projetou uma fonte de alimentação que converteria a saída das baterias em uma tensão suficientemente alta para impulsionar o avião. Desta maneira, as baterias fornecem eletricidade a 40, 000 volts para carregar positivamente os fios por meio de um conversor de energia leve.

Uma vez que os fios são energizados, eles agem para atrair e remover elétrons carregados negativamente das moléculas de ar circundantes, como um ímã gigante atraindo limalha de ferro. As moléculas de ar que são deixadas para trás são recentemente ionizadas, e são, por sua vez, atraídos pelos eletrodos carregados negativamente na parte de trás do avião.

À medida que a nuvem de íons recém-formada flui em direção aos fios carregados negativamente, cada íon colide milhões de vezes com outras moléculas de ar, criando um impulso que impulsiona a aeronave para frente.

O time, que também incluiu a equipe do Laboratório Lincoln, Thomas Sebastian e Mark Woolston, voou o avião em vários voos de teste através do ginásio no duPont Athletic Center do MIT - o maior espaço interno que eles puderam encontrar para realizar seus experimentos. A equipe voou com o avião a uma distância de 60 metros (a distância máxima dentro do ginásio) e descobriu que o avião produzia empuxo iônico suficiente para sustentar o vôo o tempo todo. Eles repetiram o vôo 10 vezes, com desempenho semelhante.

"Este foi o avião mais simples possível que pudemos projetar, que poderia provar o conceito de que um avião de íons poderia voar, "Barrett diz." Ainda está um pouco longe de uma aeronave que poderia realizar uma missão útil. Precisa ser mais eficiente, voar por mais tempo, e voar para fora. "

A equipe de Barrett está trabalhando para aumentar a eficiência de seu design, para produzir mais vento iônico com menos voltagem. Os pesquisadores também esperam aumentar a densidade de empuxo do projeto - a quantidade de empuxo gerada por unidade de área. Atualmente, pilotar o avião leve da equipe requer uma grande área de eletrodos, que essencialmente compõe o sistema de propulsão do avião. Idealmente, Barrett gostaria de projetar uma aeronave sem sistema de propulsão visível ou superfícies de controle separadas, como lemes e elevadores.

"Demorou muito para chegar aqui, "Barrett diz." Passar do princípio básico para algo que realmente voa foi uma longa jornada de caracterização da física, em seguida, criar o design e fazê-lo funcionar. Agora, as possibilidades para este tipo de sistema de propulsão são viáveis. "