Mire a los ingenieros de MIT que vuelan el primer avión sin partes móviles

Los ingenieros de MIT han construido y volado el primer avión sin partes móviles. En lugar de hélices o turbinas, la avioneta es impulsada por un "viento iónico": un flujo silencioso pero poderoso de iones que se produce a bordo del avión y que genera suficiente empuje para impulsar el avión en un vuelo sostenido y constante.

El ingeniero Steven Barrett dice que la inspiración para el avión iónico del equipo proviene en parte de las series de cine y televisión, Star Trek, que él veía con avidez como un niño. Se sintió especialmente atraído por los lanzaderas futuristas que se movían sin esfuerzo por el aire, aparentemente sin partes móviles y casi sin ruido ni escape.

"Esto me hizo pensar, en el futuro a largo plazo, los aviones no deberían tener hélices y turbinas", dice Barrett. "Deberían ser más como las lanzaderas en Star Trek, que solo tienen un brillo azul y se deslizan en silencio ".

Hace unos nueve años, Barrett comenzó a buscar formas de diseñar un sistema de propulsión para aviones sin partes móviles. Finalmente se encontró con el "viento iónico", también conocido como empuje electroaerodinámico, un principio físico que se identificó por primera vez en la década de 1920 y describe un viento, o empuje, que puede producirse cuando se pasa una corriente entre un electrodo delgado y uno grueso. Si se aplica suficiente voltaje, el aire entre los electrodos puede producir suficiente empuje para impulsar un avión pequeño.

Durante años, el empuje electroaerodinámico ha sido principalmente un proyecto de aficionados, y los diseños en su mayor parte se han limitado a "elevadores" de escritorio pequeños atados a grandes suministros de voltaje que crean el viento suficiente para que una pequeña embarcación pueda volar brevemente en el aire. Se asumió en gran parte que sería imposible producir suficiente viento iónico para impulsar un avión más grande en un vuelo sostenido.

"Fue una noche de insomnio en un hotel cuando tuve el jet lag, y estaba pensando en esto y empecé a buscar formas de hacerlo", recuerda. "Hice algunos cálculos en la parte posterior del sobre y descubrí que, sí, podría convertirse en un sistema de propulsión viable", dice Barrett. "Y resultó que se necesitaron muchos años de trabajo para pasar de eso a un primer vuelo de prueba".

El diseño final del equipo se parece a un planeador grande y liviano. El avión, que pesa alrededor de cinco libras y tiene una envergadura de cinco metros, lleva una serie de alambres delgados, que se encadenan como cercos horizontales a lo largo y debajo del extremo delantero del ala del avión. Los cables actúan como electrodos cargados positivamente, mientras que los cables más gruesos, dispuestos de manera similar, se extienden por el extremo posterior del ala del avión y sirven como electrodos negativos.

El fuselaje del avión tiene una pila de baterías de polímero de litio.El equipo de aviones de iones de Barrett incluyó miembros del Power David Research Group del profesor David Perreault en el Laboratorio de Investigación de Electrónica, quienes diseñaron una fuente de alimentación que convertiría la salida de las baterías a un voltaje suficientemente alto para impulsar el avión. De esta manera, las baterías suministran electricidad a 40,000 voltios para cargar positivamente los cables a través de un convertidor de potencia liviano.

Una vez que los cables están energizados, actúan para atraer y quitar los electrones cargados negativamente de las moléculas de aire circundantes, como un imán gigante que atrae limaduras de hierro. Las moléculas de aire que quedan atrás son recientemente ionizadas y, a su vez, atraídas por los electrodos con carga negativa en la parte posterior del avión.

A medida que la nube de iones recién formada fluye hacia los cables cargados negativamente, cada ión choca millones de veces con otras moléculas de aire, creando un empuje que impulsa el avión hacia adelante.

El equipo, que también incluyó al personal del Laboratorio Lincoln Thomas Sebastian y Mark Woolston, hizo volar el avión en varios vuelos de prueba a través del gimnasio en el Centro Atlético duPont de MIT, el espacio interior más grande que pudieron encontrar para realizar sus experimentos. El equipo voló el avión una distancia de 60 metros (la distancia máxima dentro del gimnasio) y encontró que el avión produjo suficiente empuje iónico para mantener el vuelo todo el tiempo. Repitieron el vuelo 10 veces, con un rendimiento similar.

"Este fue el avión más simple posible que pudimos diseñar y que pudo probar el concepto de que un avión iónico podría volar", dice Barrett. "Todavía está lejos de un avión que podría realizar una misión útil. Debe ser más eficiente, volar por más tiempo y volar afuera ”.

El equipo de Barrett está trabajando para aumentar la eficiencia de su diseño, para producir más viento iónico con menos voltaje. Los investigadores también esperan aumentar la densidad de empuje del diseño, la cantidad de empuje generada por unidad de área. Actualmente, volar el avión ligero del equipo requiere una gran área de electrodos, que esencialmente conforma el sistema de propulsión del avión. Idealmente, a Barrett le gustaría diseñar un avión sin sistema de propulsión visible o con superficies de control separadas, como timones y elevadores.

"Me tomó mucho tiempo llegar aquí", dice Barrett. “Pasar del principio básico a algo que realmente vuela fue un largo viaje para caracterizar la física, luego crear el diseño y hacerlo funcionar. Ahora las posibilidades para este tipo de sistema de propulsión son viables ".