Killoser

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没有风扇,全靠电池,以后的飞机可能不再需要“引擎”

2018-11-27 11:29:45 显示全部楼层
《自然》杂志21日发表了一项可能将颠覆未来的航空业最新成果。美国麻省理工学院团队研发了一款由离子风驱动的小型无人机,并试飞成功,这架无人机发动机没有涡轮叶片,无需燃料,几乎不会产生噪音。
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研究团队在《自然》杂志上介绍这款小型无人机的工作原理:

一直以来,飞行器的动力来自带有活动部件的发动机,例如推进器或涡轮机,并且通常依靠化石燃料燃烧。有人提出采用电空气动力学装置——通过电力加速流体中的离子以形成离子风来产生推力,作为推进飞行器的一种替代方法。但是,之前没有这样的飞机飞行过。此次,麻省理工的科学家Steven Barrett及其同事,设计了一架带有电空气动力推进系统的小型固定翼飞机,并进行了试飞。
也就是说普通飞机的发动机就像个大号的吹风机,旋转的风扇不断把空气吹向后方,为机翼提供升力。离子发动机也是靠吹风,不过它没有“风扇”,而是靠电场造出的“离子风”。这种现象在生活中很常见,我们插电时冒出的电火花就是空气被电离造成的。该飞机重2.45千克,翼展5米,依靠定制系统提供动力。定制动力系统包含一个电池组和高压电源转换器,输出功率约500瓦。

在10次试飞中,飞机在室内空间成功飞行了60米,平均飞行高度为0.47米。尽管整体效率较低,但是其推功比与传统推进系统(如喷气发动机)相当。研究人员报告说,这种特殊的飞机设计优先考虑的是小机型而不是高效率,但未来的设计可以提高效率。在随附的新闻与观点文章中,法国图卢兹大学科学家总结表示,该电空气动力学推进飞机的初始试飞与活动部件推进飞机的早期飞行相比,可谓略胜一筹。
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机翼前端由细金属丝组成的阵列可以发出 4 万伏的高压,使空气发生电离,电离形成的正电荷在被带负电荷的接收器吸引过程中,与空气分子发生碰撞,产生的空气流就作为无人机的动力。

4万伏的高压

电压越高,离子被加速得越快。 Barrett教授的团队使用了54节3.7伏锂聚合物电池,大约能提供200伏特的电压。但这点电压还是太低了。为此,他们设计了一种能够将电池输出转换为高压电来推动飞机的电源。 通过这种方式,电池最终将输出4万伏的高压。
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把200伏直流电变成4万伏高压电,需要几步?
  • 逆变器:把直流电转换成500~700千赫兹的交流电;
  • 变压器:把低压交流电转化为高压交流电,实验中使用的是1:15倍升压,将电压升至7千伏;
  • 电压倍增器:把交流电转变成更高电压的直流电,从7千伏交流电变成4万伏直流电。


经过这三步产生的电压可以放出巨大的电火花
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有了4万伏高压,我们就可以用它来电离空气了。   

一旦给导线通上电,强大的电场就会让正极吸引周围的氮气分子,把电子从氮气分子上剥离出来,就像巨大的磁铁吸引铁屑一样。本来中性的氮气分子在失去电子后,变成了带正电的离子。
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被电离的氮气气分子又被吸引到带负电的电极,在赶去负极的路上,氮离子又会撞上其他氮气分子,把它们变成正离子,就好像“雪崩”一样。   

正离子在高电压作用下飞向飞机尾部,形成一种离子组成的“风”。
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在这个过程中,每个离子与其他空气分子碰撞数百万次,产生推动飞机前进的推力。

这种动力叫做离子风,也叫电空气动力。
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电空气动力,其实在不少领域已经开始应用。苹果在 2012 年就曾申请过一个与离子风有关的专利,希望将离子风技术用于笔记本电脑的散热系统,以取代传统的机械风扇。
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麻省理工学院航空航天副教授Steven Barrett说:“这是有史以来第一个推进系统没有活动部件的飞机。”这种飞机更安静,机械构造更简单,并且不会排放燃烧物。

当然,不是常规引擎的离子引擎,其推力和效率过低的缘故,距离它的实用化还有一段路程,但或许正如115年前的莱特兄弟,这次飞行可能将颠覆未来的航空业。

麻省理工学院的研究成果让我们重新看到了离子风驱动飞机的可能性,Steven Barrett 表示,他是从科幻电影《星际迷航》中的飞船得到了灵感。

也许,在未来飞机将不再有螺旋桨和涡轮发动机,它们应该像《星际迷航》中的飞船,散发着蓝色的光芒,默默地滑行。
8.jpg 来源:科技日报,模电数电 ,量子位

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ailjgang_213138

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evan2008_423301

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evan2008_423301 2018-11-28 09:02:17 显示全部楼层
不能飞得太高,估计空气越稀薄效果越差,星际飞行更不行

自做自受

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自做自受 2018-11-28 22:21:20 显示全部楼层
相信会的!一定会的!新材料时代之标志性产物,甚至新人类生存自然所需……
呵呵,请留意,开发在美国,为什么????
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j6572

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j6572 2018-12-26 08:59:21 显示全部楼层
真是厲害的發想,相信人類的未來不是夢!
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