世界第一架离子推进飞机试飞成功

自飞机诞生之日起,其基本原理始终是通过螺旋桨或发动机叶片的高速旋转产生推力,这也是形成气流压力差并最终产生升力的根本原因。

在本月21日出版的《自然》杂志上,麻省理工学院科研人员发表论文称,已经研发出首架无须任何活动组件即可飞行的飞机,并进行了成功试飞。麻省理工技术评论网站也在当天发布了一段时长12秒的试飞视频,证明了其真实性。

这架飞机重5.4磅(约2.45千克),未安装任何螺旋桨或涡轮、涡扇驱动装置,而是直接使用电力驱动,在12秒内飞行了200英尺(约60米)的距离。

这种电力直接驱动飞机飞行的设想源于20世纪60年代,与传统的气流吹动叶片高速旋转相比,其利用了“离子风”这一极难实现可视化的概念,又称电动力学推进(EAD)。此次试验的电动飞机使用了40000伏特的超高压,电动机正负两极之间的空气中充满了离子,所产生的电场将离子从较小的电极抛到较大的电极上。这些离子在运动中与正常的空气分子碰撞,产生离子风并推动飞机向前。由于离子在两个固定电极之间移动,因此无需活动组件来为飞机供电。

NASA对于相关设想的应用是为部分航天器安装离子推进器,但区别在于,前者电离的是氙气,而电动飞机电离的则是空气中的氮气。此外,航天器在重力作用下沿固定轨道运行,离子推进器只用于修正姿态或航向校正,而飞机的飞行则复杂得多。

离子风的概念近年曾被用于无叶风扇,但家用电器所需的电压无法与驱动飞机升空相比,这也是其始终未能应用于航空领域的原因。麻省理工学院教授斯蒂芬·巴雷特自2009年起对离子风概念重新展开研究,历经无数失败后终于实现了这次具有里程碑意义的成功。但巴雷特表示,这架电动飞机在试飞过程中并未携带任何载荷,其试飞环境也是无风的室内体育馆,因此距离实用化仍有相当漫长的路要走。

牛津热流体研究所的普里延卡·德胡帕德指出,虽然这项技术与商用燃气轮机相比仍不够成熟,但有望在未来成为短距离、低载荷无人机飞行的“游戏规则改变者”。即使离子风产生的推力不足以满足商用飞机的需求,巴雷特认为它仍可与喷气发动机一起组合使用。他考虑将电力推进系统嵌入飞机的外层壳体中,为沿着飞机流动的空气重新注入动力,从而消除气动阻力并提高燃油效率。

巴雷特强调,新型电动飞机的试验成功证明了离子推进飞行的可行性,但飞机必须在保证产生足够推力的情况下不断克服空气阻力,还要将成本、安全性和续航里程等因素纳入考量,一旦成熟将能够生产出更环保、更安全、更安静、更易于维护的未来飞机。

来源:麻省理工技术评论网站/图片来自互联网

军事科学院军事科学信息研究中心 廖南杰

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