Se MIT Engineers Fly First-Ever Plan med ingen flyttbare deler

MIT ingeniører har bygget og fløyet det første flyet uten bevegelige deler. I stedet for propellere eller turbiner, blir det lette flyet drevet av en "ionisk vind" - en stille men kraftig strøm av ioner som produseres ombord på flyet, og det genererer nok kraft til å drive flyet over en vedvarende, jevn flytur.

Ingeniør Steven Barrett sier inspirasjonen til lagets ionfly kommer delvis fra film- og tv-serien, Star Trek, som han så ivrig etter som barn. Han var spesielt tiltrukket av de futuristiske skyttelbåtene som uanstrengt skummet gjennom luften, med tilsynelatende ingen bevegelige deler og knapt støy eller eksos.

"Dette fikk meg til å tenke på planene på lang sikt, at de ikke skulle ha propellere og turbiner," sier Barrett. "De burde være mer som skyttelbussene i Star Trek, som bare har en blå glød og tydelig glir."

For rundt ni år siden begynte Barrett å lete etter måter å designe et fremdriftssystem for fly uten bevegelige deler. Han kom til slutt på "ionisk vind", også kjent som elektroarodynamisk trykk - et fysisk prinsipp som ble identifisert først på 1920-tallet, og beskriver en vind eller trykk som kan produseres når en strøm går mellom en tynn og en tykk elektrode. Hvis nok spenning påføres, kan luften mellom elektrodene produsere nok kraft til å drive et lite fly.

I årevis har elektroaerodynamisk trykk hovedsakelig vært et hobbyistprosjekt, og design har for det meste vært begrenset til små, stasjonære "løftere" festet til store spenningsforsyninger som skaper akkurat nok vind for et lite fartøy å svinge kort i luften. Det ble i stor grad antatt at det ville være umulig å produsere nok ionisk vind til å drive et større fly over en vedvarende flytur.

"Det var en søvnløs natt på et hotell da jeg var jet-lagged, og jeg tenkte på dette og begynte å lete etter måter det kunne gjøres," minnes han. "Jeg gjorde noen back-of-the-envelope beregninger og fant at, ja, det kan bli et levedyktig fremdriftssystem," sier Barrett. "Og det viste seg at det trengs mange års arbeid for å komme fra det til et første testfly."

Lagets endelige design ligner en stor, lett sving. Flyet, som veier omtrent fem pund og har en femmanns vingspenn, har en rekke tynne ledninger, som er spenet som horisontal gjerding langs og under forkant av flyets vinge. Ledningene virker som positivt ladede elektroder, mens tilsvarende anordnet tykkere ledninger, som løper langs bakenden av flyets vinge, tjener som negative elektroder.

Flyet i flyet inneholder en stabel litium-polymer batterier.Barretts ionflyteam inkluderte medlemmer av professor David Perreaults Power Electronics Research Group i Research Laboratory of Electronics, som utviklet en strømforsyning som ville konvertere batteriene til en tilstrekkelig høy spenning for å drive flyet. På denne måten leverer batteriene strøm på 40.000 volt for å lade ledningene positivt via en lettvektskonverter.

Når ledningene er aktivert, virker de for å tiltrekke seg og fjerne bort negativt ladede elektroner fra de omgivende luftmolekylene, som en gigantisk magnet som tiltrekker seg jernfiltrering. Luftmolekylene som blir etterlatt, er nylig ioniserte, og er igjen tiltrukket av de negativt ladede elektrodene på baksiden av flyet.

Etter hvert som den nyformede ionerskyen strømmer mot de negativt ladede ledningene, kolliderer hver ion millioner ganger med andre luftmolekyler, og skaper et stødpunkt som fremdriver flyet fremover.

Teamet, som også inkluderte Lincoln Laboratory staff Thomas Sebastian og Mark Woolston, fløy flyet i flere testfly over gymnastiksalen i MITs duPont Athletic Center - det største innendørsområdet de kunne finne for å utføre sine eksperimenter. Teamet fløy flyet på en avstand på 60 meter (maksimal avstand i treningsstudioet) og fant flyet produsert nok ionisk kraft for å opprettholde fly hele tiden. De gjentok flyet 10 ganger, med tilsvarende ytelse.

"Dette var det enkleste mulige flyet vi kunne designe som kunne bevise konseptet om at et ionfly kunne fly," sier Barrett. "Det er fortsatt en vei unna et fly som kan utføre et nyttig oppdrag. Det må være mer effektivt, fly lenger, og fly utenfor."

Barretts team jobber med å øke effektiviteten av deres design, for å produsere mer ionisk vind med mindre spenning. Forskerne håper også å øke designens tyngde tetthet - mengden av trykk som genereres pr. Arealområde. For tiden flyver lagets letvektplan et stort område med elektroder, som i hovedsak utgjør flyets fremdriftssystem. Ideelt sett vil Barrett utforme et fly uten synlig fremdriftssystem eller separate kontrollflater som ror og heiser.

"Det tok lang tid å komme hit," sier Barrett. "Å gå fra grunnprinsippet til noe som faktisk flyr, var en lang reise for å karakterisere fysikken, og deretter komme opp med design og få det til å fungere. Nå er mulighetene for denne typen fremdriftssystem levedyktige."