中國科研團隊開發的電磁等離子體推進器可與傳統噴氣式發動機相媲美

2020-12-17 cnBeta

據外媒New Atlas報導,一個中國科研團隊展示了一種微波等離子體推進器的原型,在實驗室條件下,能夠在地球大氣層中工作,並產生推力,其效率可與現代客機上的噴氣式發動機相媲美。等離子推進器已經在太空飛行器上使用氙氣等離子體作為太陽電運動的一種手段,但這種東西在地球大氣層中沒有用處,因為加速的氙氣離子會因與空氣摩擦而失去大部分推力。更不用說,它們首先只能產生少量的推力。

這種新設計由武漢大學工業科學研究院的一個團隊構思並製造,只使用空氣和電力,似乎能產生令人印象深刻的推力,可能會被用于于電動飛機等相關領域。該裝置的工作原理是通過電離空氣產生低溫等離子體,通過空氣壓縮機將其吹到管子上。等離子體在管子上升的過程中,會被強大的微波擊中,使等離子體中的離子劇烈搖晃,使其與其他非離子化的原子相撞,並使等離子體的溫度和壓力大大增加。這種溫度和壓力在管子上產生了巨大的推力。

秘密的一部分是在扁平化的波導上,微波是通過它發射的。由一個1kW、2.45Gh的磁控管產生的微波,在接近等離子體管時,微波被送入波導,被壓縮到一半的高度。這樣做是為了增強其電場強度,並儘可能多地給等離子體傳遞熱量和壓力。

研究人員注意到,在保持壓縮機的氣流穩定的情況下,當微波功率增加時,管內的火焰射流似乎會延長。他們開始嘗試測量產生了多少推力,但事實證明這很困難,因為千度的等離子體射流會破壞普通的氣壓計。

相反,他們決定將一個空心鋼球放在管子的頂部,在管子的頂部裝入較小的鋼珠以改變其重量。在一定的重量下,推力會抵消拉著鋼珠的引力,並開始將其從管子上抬起,使其移動和跳躍,研究人員利用這些測量結果,減去空氣壓縮機的推力,計算出他們的新的等離子體推進器的推力有多大。

他們在一定的功率和空氣流量範圍內進行了測試,儘管測量技術有些笨拙,但他們發現推進推力與微波功率和空氣流量之間存在線性關係。從能效層面來看,其推力為11N(400W、每小時空氣流量1.45 立方米),這意味著其推力效率為28 N / kW 。假設其性能是線性增長的,那團隊預估特斯拉 Model S 的電池可輸出 310 kW 的功率(換算成推力就是 8500 N)。

通過比較,空客E-Fan電動飛機使用了一對30千瓦的電動管道式風扇,合起來能產生1500N的推力。這意味著推力效率為25N/kW,與該實驗室組裝的第一架原型機相比,推力效率並不高。研究人員說,這個推力效率已經 "可以與商業飛機噴氣式發動機的推力效率相媲美。"

研究人員表示,他們正在努力拋棄鋼球測試方法,換上更可靠、更準確的東西,同時也在努力提高設計的效率。不過,在電動飛機推進中,這種新的等離子體推進器的想法看起來確實很有希望,但有幾個重要的注意事項。

首先,作為電動垂直起降飛機上的螺旋槳或涵道式風扇的替代品,無論它有多安靜,如果等離子體在千度的溫度下出現,它都不會有太大的影響。其次,正如Ars Technica的一篇分析文章所指出的,"空氣流量是全尺寸發動機的1/15000左右。推力也必須擴大約四個數量級(意味著功率也會擴大)。用四個數量級以上的線性趨勢來推斷推力的線性趨勢,是讓人對生活失望的好辦法。"

另外,不管出於什麼原因,數據點並沒有顯示出測試平臺似乎允許的最高空速下的最高微波功率水平,這表明實驗室裡的事情可能已經開始變得很奇怪了。最後,即使在給定的能量輸入量下,它比普通的老式空客發動機更高效,但事實是,在給定的重量下,航空燃料所攜帶的能量比電池的能量要多得多,電機效率的提高几乎是杯水車薪。

儘管如此,這是一個有趣而新穎的等離子推進器設計。如果事實證明它的可擴展性和效率能達到對飛機友好的水平,它將為零排放電動航空的新興領域做出真正的貢獻。

相關焦點

  • 噴氣式發動機 噴氣發動機工作原理
    在之前的發動機專題文章中,皮卡中國小編已經為大家介紹了渦輪增壓發動機、vvt發動機、dvvt發動機等知識。看來對於無論哪個國家來說,能擁有可快速製造的用噴氣發動機來推進的航空器,都將是巨大的軍事優勢。結果,德國人於1939年生產了第一架可飛行的噴氣式飛機—「海因克爾HE-178」。英國隨後在1941年有了」格洛斯特E-28」。
  • 我國被人吹成天下第一的霍爾推進器,實際和人家還有幾條街的差距
    為什麼我國的衛星壽命以前只有5、6年,而美歐俄日的則可以達到十幾年,主要原因就是我們的衛星需要化學推進劑來維持軌道,而他們用「電推」。離子推力器基本可分為三類:電熱式、電磁式、電磁式。相應的推力器有:場效應靜電推力器(FEEP)微波電熱推力器(MET)電弧加熱推力器(arcjet)電阻加熱發動機(resistojet)磁等離子體動力學推進器(MPD)脈衝等離體推進器(PPT)離子發動機(ion engine)霍爾推力器(hall truster)離子推力器和霍爾推力器的主要區別是
  • 比中國強5倍的離子推進器誕生,人類20年內可登陸火星,馬斯克表示等...
    之前,NASA的工程師在測試中打破了幾項離子推進器的記錄,產生的推力達5.4牛頓,打破了此前3.3牛頓的記。,運行電流為250安培,是原記錄112安培的兩倍多,並且以102千瓦的功率運行,稍高於此前的98千瓦。 離子推進器,也叫離子發動機,具有推力小、效率高、比衝高等特點,是空間電推技術的一種,廣泛應用於衛星、太空飛行器的飛行、變軌及位置保持等。
  • TPS公司納秒脈衝等離子體點火技術完成多缸發動機點火試驗 可提高...
    (圖源:TPS官網)蓋世汽車訊 據外媒報導,TPS公司開發納秒脈衝等離子體點火系統,以提高燃油效率和減少溫室氣體排放。該公司已在上路車輛的天然氣發動機上演示了納秒脈衝等離子點火技術,首次完成多缸測試。
  • 我國自研「小功率霍爾電推進系統」首次成功在軌應用於商業衛星
    電推進系統,也稱電火箭發動機,是一種不依賴化學燃燒就能產生推力的設備。它的優點是不再需要使用固體或液體燃料,省去了複雜的儲罐、管道、發動機燃燒室、噴管、相應冷卻機構等,能大幅減少太空飛行器的燃料攜帶量。電推進系統利用太陽能轉化為電能,然後電能轉化為機械能。
  • 等離子體物理研究所2002年招生
    中國科學院等離子體物理研究所成立於1978年9月,主要從事高溫等離子物理、受控熱核聚變技術及相關高技術的研究和開發,一直承擔著國家「863」計劃、國家計委、國家基金委和中國科學院的多項重大科研項目,並取得了許多科研成果。
  • 用雷射-等離子體放大器觀察熱稠密等離子體中的非線性電離動力學
    江蘇雷射聯盟導讀:一個來自德國耶拿大學的研究團隊使用飛秒相干紫外光和一個新穎的四維模型,觀察到高電離氪等離子體成功的形成和相互作用。這一研究將最終會將光輸送到宇宙中的物理形態。儘管研究等離子體是一件幾乎不可能的事情,等離子體在實驗室中是一個非常容易獲得的事情,捕獲電離態和緻密的等離子體的方法也是極端有限制的。研究電離態的物質對於理解宇宙的物質的形成的相互關係是非常關鍵的,因為觀察到的黑物質的85%都是由等離子體所組成的。
  • 扒一扒西歐噴氣式戰鬥機家族譜(1)
    「飛燕」採用全金屬半硬殼結構,半水泡形座艙蓋位於機身中部,有一對前緣後掠18.5度的機翼以維持飛機重心,近三角形的尾翼呈十字相交於尾部,兩臺軸流式渦輪噴氣發動機的短艙直接安裝在後掠的下單翼的下方,前三點起落架可收入機內。噴氣式發動機和後掠式機翼氣動布局的戰機設計,具有裡程碑的意義,促使世界作戰飛機的研製進入了一個全新的發展階段。
  • 恰肉無煩惱:飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器開箱
    今天為大家開箱的是飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器,通過高效能噴嘴配備強大的微爆氣流技術,飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器可以在60秒內完成全口清潔,只需短短2周時間即可改善牙齦健康問題。不僅有顏,還是個實力派這款飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器共分黑、白兩種顏色,小巧精緻的外觀,一眼看去,就十分喜歡。
  • 錯過再等一年 飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器大放價
    為了幫助大家輕鬆做好齒縫清潔工作,飛利浦Sonicare推出了一款口腔護理神器——噴氣式衝牙器。這款產品目前正在天貓商城進行雙11促銷,用戶只要在11月10日21點59分前搶先支付定金,並在11月11日當天支付尾款,最高可省300元,預計到手價599。付定金還可獲贈衝牙器旅行盒一款。  預定地址:https://h5.m.taobao.com/awp/core/detail.htm?id=520116675376
  • 等離子體空氣淨化技術 普通空調"變身"空氣淨化器
    可市面上,普通淨化器會造成二次汙染,等離子淨化器則價格過高。近日,復旦大學科研團隊發布一項全新的等離子體空氣淨化技術,只要在普通的空調、風扇加裝一個模塊,傳統的家用電器搖身一變,就變成了一臺等離子淨化器,改裝的費用每臺僅200多元。  復旦信息科學與工程學院光源與照明工程系副教授區瓊榮介紹,最早在市場上出現的空氣淨化器大多依靠過濾網截留空氣中的灰塵,價格相對便宜。
  • 上海交大物理與天文學院科研團隊成果獲評「2018中國光學十大進展」
    2019年3月19日,中國雷射雜誌社在上海浦東召開「2018中國光學十大進展」發布會,上海交通大學、復旦大學、中科院技物所、清華大學、華中科技大學等機構的成果獲此殊榮(基礎研究類與應用研究類各10項)。上海交通大學物理與天文學院金賢敏團隊和盛政明、陳燕萍團隊分獲基礎研究類和應用研究類「2018年中國光學十大進展」。
  • 深入清潔你的牙齒 飛利浦噴氣式衝牙器可以有!
    不,是我的這款飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器棒棒的啊!下面就給大家說說我自己正在用的這款飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器不得不說這款飛利浦Sonicare噴氣式的衝牙器,用了它之後你就會發現這個東西一天不用你就會有種自己牙齒特別髒的感覺,對,沒錯,它就是這麼神奇。我現在就是家裡放一隻,工位上放一隻,一天都離不了啊!
  • 健康從齒開始 飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器給你全新口腔清潔體驗
    除此之外,傳統的清潔方式很難照顧到口腔深處的犄角旮旯,為了達到深層清潔口腔的效果,大家開始紛紛開始升級口腔清潔工具,不約而同地選擇了飛利浦Sonicare 噴氣式衝牙器。 飛利浦Sonicare 噴氣式衝牙器採用了微爆氣流技術,應用快速爆破的壓縮空氣和微水滴,來溫和有效的清潔齒縫和牙齦線區域,將殘留在齒縫間的殘渣快速噴衝出。
  • 飛利浦噴氣式衝牙器評測 齒間健康只需一噴
    最近,筆者到手一款飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器,光是聽說明書式的介紹永遠看不出實際效果,只有實踐才是檢驗真理的唯一標準,今天我們就對飛利浦Sonicare噴氣式衝牙器進行一次全方位的評測。
  • 中船704所突破汽輪發動機!全電航母時代來臨,核動力還遠嗎?
    從2007年開始服役,在通常情況下,船隻只能依靠燃氣渦輪推進器前進。但是,全電動推進器直接帶動發動機,進而推動螺旋槳前進。然而現在伊莉莎白女王號電力驅動系統的動力不足,即便是這樣,也能使原來的效率提高很多,現在巡航能力已增至10,000海裡,同時也為內部空間節省了很多空間,而全電驅動似乎是目前的趨勢。
  • 從變頻電磁蒸汽發生器的應用領略電磁加熱技術的發展潛力
    「這款是60kW變頻電磁能蒸汽發生器。恆壓0.6MPa出汽。出汽量大於每小時85升。出汽溫度大於150攝氏度。這款是單相8kW,電磁能蒸汽發生器,24小時連續不斷提供穩定0.56Mpa壓力出蒸汽......」在江信電磁產生展示廳,總經理周武江給來自江西的客戶詳細介紹。
  • 如果人站在離子推進引擎後面會發生什麼?
    與傳統的化學推進方式相比,離子推力器需要的工作介質質量小,能量轉化效率高,但是離子推進器的推力很小。適合長距離長時間空間持續加速使用。 否則帶電離子會沾滿整個推進器表面和太空飛行器,發動機內部也會積累電子產生靜電,造成各種麻煩。在實際運用中考慮到汞離子的強腐蝕性,現在使用的推進劑大多使用惰性氣體氙。(就是我們汽車氙氣大燈裡的那種惰性氣體)。
  • 中國「霍爾推進器」,是什麼黑科技?
    前幾天有個新聞,說中國的首款20千瓦大功率霍爾推力器成功完成點火試驗,點火時間累計達8小時,點火次數超過30次,實現了我國霍爾電推力器推力從毫牛級向牛級的跨越。新聞只有幾個字,網友們大呼看不懂。簡單講,火箭發動機是鳩摩智火焰刀燃燒噴射推進;普通離子推進器是段正淳一陽指離子流推進;霍爾發動機是段譽六脈神劍磁場約束離子流推進。中學物理實驗課我們做過一個實驗,叫做「霍爾效應」。
  • 「2018年度中國電磁鐵十大品牌總評榜」榮耀揭曉
    時光電子是集開發,生產、銷售各種規格充氣泵,電磁閥、電磁鐵的專業廠家。有數十名開發能力強,技術精湛的專業工程技術團隊。在時光團隊的共同努力下,時光電子擁有了多項自主智慧財產權並獲得多項專利。時光電子還能為客戶量身定做各種規格充氣泵,電磁閥、電磁鐵。時光電子視品質為企業的生命。從原材料到成品都要經過極其嚴格的檢測和相關可靠性測試。