科技:首次在飛機上使用的離子驅動空間引擎

2020-11-23 百家號

導語:想像一下,飛機發動機沒有活動部件,不會產生有害排氣,也不會產生噪音。這就是美國麻省理工學院(MIT)的研究人員通過調整以前僅用於太空飛行器的技術而創建的,因此它可以為地球上空飛行提供動力。

自20世紀60年代以來,離子驅動器一直在太空飛行器上使用,並通過發射一股帶電粒子來推動船隻前進。除了碳中性外,它們不像傳統發動機那樣出錯並且維護成本更低,因為它們沒有螺旋槳,渦輪機或燃油泵可以分解。唯一的問題是,在地球引力作用下,驅動器產生的推力不足以克服為其供電所需的電池重量。到現在。

發表在「 自然」雜誌上的及時新研究為在不久的將來靜音無人機的可能性鋪平了道路。隨著材料和動力轉換的進一步發展,無聲載人飛機以及最終的商業航班也可能即將出現。事實上,這一突破可能是改變我們未來在世界各地飛行的第一步。

所有飛機發動機都通過向後推動物體來工作,以便飛行器向前移動。通常這是空氣,無論是由電動螺旋槳驅動的冷空氣還是由噴氣發動機噴出的熱空氣。相反,離子推進發出在兩個電極之間的間隙中產生的帶電粒子或離子,其間具有高電壓。離子與空氣相互作用,產生向後發送的離子風,推動飛機前進。

與螺旋槳驅動的太陽能飛機一樣,離子驅動技術由電力驅動,因此除了充滿帶電粒子的電池之外,不需要攜帶燃料。新研究表明,通過對電池設置和電源轉換方式的一些巧妙修改,可以減少電池重量,使這項技術飛速發展。

妥協設計,具有離子驅動的工藝還需要大的前部區域以正確的方式產生離子風。但這通常會使飛機變重,因此研究人員必須平衡這些相互衝突的局限。他們設計了一個足夠小的翼展,以降低風險,使測試更便宜,更容易,同時足夠大,可以使用標準的遙控組件。

研究人員使用翼展5米,重量不到2.5千克的飛機進行了10次飛行。他們能夠以每秒5米的速度在45米的距離上飛行長達9秒。該工藝需要大約20秒來建立其動力,然後使用機械彈力系統發射。

雖然這個飛行時間和距離可能看起來不多,但研究人員指出,它們實際上與1903年萊特兄弟的第一批飛機發明者相似。在材料和電力電子設備方面取得進一步進展,並優化機身,可以使飛行器更快,更長時間飛行。還可以使用太陽能電池板來產生為離子驅動器供電所需的電力。

離子動力飛行器的一大優勢是其噪音水平幾乎為零。因此,該技術很可能會在靜音無人機中找到它的第一個應用。缺少活動部件應該可以相對容易地縮小系統以適應較小的工藝並使其更容易擴展。但更大的工藝也需要更大的功率增加。要製造離子動力客機,您需要相對於飛行器尺寸增加300倍的功率。

結語:但看看自萊特兄弟第一次飛行以來我們走了多遠。天空可能是這項新技術的極限。

相關焦點

  • 離子引擎驅動的無聲飛機原型成功試飛;華為測試谷歌 Fuchsia OS
    (給技術最前線加星標,每天看技術熱點)轉自:開源中國、solidot、cnBeta、騰訊科技、快科技等
  • 全球首駕「離子引擎」飛機問世,麻省理工重新定義飛機!
    全球首駕「離子引擎」飛機問世,麻省理工重新定義飛機! 試驗中,MIT工程師將飛機安裝在彈射器上,首先在不使用離子引擎的情況下彈射,飛機飛行了10米: 打開離子引擎以後 普通飛機的引擎就像一個大號的吹風機,通過扇葉旋轉不斷把空氣吹向後方,為機翼提供升力。
  • 全球首駕「離子引擎」飛機問世,麻省理工重新定義飛機
    這架飛機翼展5米,重2.45公斤,以平均高度0.47米持續飛行了60米。試驗中,MIT工程師將飛機安裝在彈射器上,首先在不使用離子引擎的情況下彈射,飛機飛行了10米:而離子引擎也是往後面吹風,但它沒有風扇,是靠強大的電場製造出「離子風」。
  • 如果人站在離子推進引擎後面會發生什麼?
    我們在宇宙類科幻電影裡常常可以看到星際飛船或者戰艦,使用一種發著幽藍色光的推進引擎,是不是覺得很炫酷?這種幽藍色的推進裝置叫做離子推進器。其實已經在某些衛星和太空飛行器上使用了。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。
  • 黑科技 | 未來的汽車會裝上飛機引擎嗎?
    我沒有說錯,直至二次世界大戰結束前,世界上最先進的飛機還是採用活塞式內燃機,就像今天我們的汽車一樣,那時飛機引擎最先進的技術是渦輪增壓,這是我們現在民用車中流行的技術。燃氣輪機與飛機用渦輪噴氣引擎原理相似燃氣輪機可能連資深的車迷都不認識,但軍事迷們肯定非常熟悉。
  • 飛機革命?「離子推進」是什麼黑科技?
    它是人類發明的第一架不配備任何活動部件、採用「離子推進」引擎的飛機。在試驗中,研究人員用彈射器將飛機彈射出去,在沒有使用離子發動機的情況下,它可以滑翔10米遠;而打開離子發動機後,飛機可巡航飛行60米遠。
  • 飛機革命?世界首架「離子推進」飛機試飛成功
    它是人類發明的第一架不配備任何活動部件、採用「離子推進」引擎的飛機。但在更進一步的發展中,巴雷特設想離子推進系統將會和傳統的燃燒系統相配合,以打造更省油的混合客機和其他大型飛機。 麻省理工學院團隊的這項成果發表在 11 月 21 日的Nature上。
  • 曲速驅動引擎技術
    總部位於德克薩斯州的NASA詹森航天中心研究人員正在研究超光速引擎技術,試圖打造出可超光速運行的宇宙飛船,希望有一天可以實現星際迷航中企業號那樣的恆星際航行能力。早在1994年,墨西哥物理學家米格爾·阿爾庫維雷就發現愛因斯坦理論中存在極限速度的可能性,如果科學家能打造出壓縮和膨脹時空的技術,就可以實現超光速時空旅行。  曲速驅動引擎是一種極為先進的宇航動力,在光速恆定的前提下,該技術是潛在的恆星際航行基礎 。
  • 美工程師開發出「離子風」驅動無人機
    新華社華盛頓11月21日電(記者周舟)美國麻省理工學院工程師設計出一種「離子風」無人機,沒有旋槳或渦輪葉片,無需化石能源或太陽能驅動。「離子風」是電流通過薄、厚兩個電極時產生的空氣推力,此前這種電空氣動力學設計只能讓小物體在空中短暫懸浮。開發團隊21日在英國《自然》雜誌上發表論文介紹說,強勁又安靜的離子流此次成功驅動一種輕型無人機持續、穩定飛行。
  • 飛機啟動引擎方式和汽車的區別,飛機引擎甚至能產生四種力量
    飛機的引擎如此龐大,它的啟動方式和汽車引擎啟動方式一樣嗎?巨大的引擎產生的動能只用作推進是否太浪費了呢?今天,小編和大家分享一些關於飛機引擎的小知識。引擎產生的四種力量:推力、電力、油壓力、空氣壓縮力雖然引擎主要的工作為產生推力,但事實上除了推力外,它還會產出電力、油壓力和空氣壓縮力這三種力量。而我們也利用引擎的轉動力量驅動、燃燒測量裝置、發電機、油壓泵等,產生機內電源,運作飛機的輪架與操縱裝置等。此外還會將引擎用於抽出還未送達壓縮機燃燒之前的空氣。
  • 為什麼汽車不用飛機引擎?咋地!你還想上天啊
    在追尋未來新能源汽車之路上,除了排放問題外,不外乎就是尋找一種最有效率能源轉換方式。純電動車雖然沒有排放,但在充電和放電過程中效率都有損失,如果再加上熱電廠發電和電網損失的效率,實際上並不會比普通汽油車高多少,同時持續續航的能力也是一大弊端。  為什麼不使用高效率的飛機引擎?
  • 麻省理工試飛離子推進飛機,原理是一條不起的眼初中物理定律!
    在巴雷特的臨時實驗室與麻省理工學院室內實驗室裡揭開了其神秘的面紗,證實其原理:通過多個分布跑道上的慢跑粒子產生和發射電荷為發動機提供動力,其原理其實就是作用與反作用力——航空動力引擎的基本原理。使用這一原理驅動飛機長期以來一直是一個牽強附會的想法或者說更像是存在於科幻小說之中,但他還是想嘗試一下。「在茫茫宇宙中,駕駛著一輛靜音滑翔機,悄無聲息的滑過該是一件多麼令人愜意的事情啊!」同樣。他說:「我們為什麼不試著去研製這麼一架靜音飛機呢?」經過深度研究,並考慮到離子風推進技術可能符合這一要求。
  • 《火星救援》中的離子引擎可能成為現實,星際旅行已經不遠了
    近日麻省理工學院在著名科學雜誌《自然》上發表的一篇文章表示,可以替代傳統的飛機渦輪發動機的離子引擎已經初步研製完成。省理工學院航空航天副教授Steven Barrett表示:「這種全新的引擎可以讓飛機更安靜,機械構造更加簡單,並且在飛行時不會排放汙染物」。離子引擎技術最直觀的優點就是可以大大的減少飛機發動機的組成部件,例如飛機兩側的螺旋槳。
  • 電磁驅動引擎的推力可能來自地球磁場
    然而,最近的進一步測試表明,這種引擎很可能無法實現。這種無工質的電磁驅動引擎是由電磁波驅動的火箭發動機,它一直被奉為是一種無需燃料來進行深空探索的方法。這個想法是由發明家Roger Shawyer提出的,他的電磁驅動引擎使用錐形腔內的微波來產生推力。在美國宇航局(NASA)之前的測試中,從引擎壁上反彈的微波似乎產生了足夠的力量,把這個腔推向一個方向。
  • Accion Systems和他們口香糖大小的衛星離子引擎
    成立於2014年的Accion Systems終於將他們的衛星離子引擎送上了太空。
  • 華雲科技:「黨建+科技」驅動創新引擎
    華雲科技:「黨建+科技」驅動創新引擎 來源:​中國電力報 2020-11-17
  • 飛火星不是夢 中國離子引擎只需39天
    中國航太科技集團公司第五研究院502所專家展示了新一代離子引擎。據報導,新一代離子引擎性能遠遠高於衛星和太空船目前使用的引擎。此款離子引擎的加速度可達每秒30公裡。但研製人員稱,可將這一指標再提高至少30%。網易軍事報導,美國深空1號曾經使用離子引擎,其轉化率非常高,在太空當中可進行超長時間航行,而且時速超過1.2萬公裡。
  • 這款強大的離子引擎將撞向小行星,使它偏離軌道從而拯救地球
    DART要在空間中經歷很長的旅程才能到達Didymos。在2021年7月發射後,它將在9月22日達到目標,屆時這個雙小行星將距離地球不到1100萬公裡。為了到達那裡,它將依靠一個強大的離子引擎,美國宇航局的漸進氙氣推進器(NEXT-C)。 該發動機有兩個主要部件:推進器和動力處理單元。
  • MIT科學家打造或能真正發揮作用在「離子驅動」推進系統
    據外媒BGR報導,來自麻省理工學院的研究人員打造了他們所說的飛機工程的首創推進系統。該團隊表示,它創造了一個使用「離子驅動」推進系統而不是傳統燃料的飛機模型。這次試飛只持續了幾秒鐘,但它可能是未來事物的一個標誌,也可能是關於未來飛機技術的重要發展。
  • 揭開電磁驅動引擎的面紗:70天到達火星
    火箭(也稱運載器或運載工具)可以將衛星和其他太空飛行器送入不同的空間軌道,將人類送往月球,將空間探測器或宇宙飛船推向宇宙深處。除此之外,火箭在軍事上還可以用於彈道飛彈,讓它到達預定高度和速度後,其分離出的彈頭沿拋物線軌道飛向上萬公裡外的敵方目標;也可以用於巡航飛彈或高超音速武器,助推它們加速飛行並達到需要的速度,更有效地飛行和攻擊遠處的敵方目標。