Mira els enginyers del MIT que volen avió primer sense parts en moviment

Els enginyers del MIT han construït i volat el primer avió sense parts mòbils. En lloc d’hèlixs o turbines, l’avió lleuger és alimentat per un "vent iónic": un flux silenciós però poderós de ions que es produeix a l’avió i que genera prou empenta per impulsar l’avió durant un vol sostingut i constant.

L'enginyer Steven Barrett diu que la inspiració per a l'avió iónic de l'equip ve en part de les sèries de cinema i televisió. Star Trek, que va mirar aviat com un nen. Es va sentir especialment atret per les botigues futuristes que desbordaven sense esforç l'aire, sense aparentment parts mòbils i gairebé sense sorolls ni escapes.

"Això em va fer pensar que, en el futur a llarg termini, els avions no haurien de tenir hèlixs i turbines", diu Barrett. "S’hauria de semblar més a les llançadores Star Trek, que només tenen un resplendor blau i llisquen silenciosament."

Fa uns nou anys, Barrett va començar a buscar maneres de dissenyar un sistema de propulsió per a avions sense parts mòbils. Finalment, va aparèixer com a "vent ionic", també conegut com a empenta electroerodinàmica, un principi físic identificat per primera vegada als anys vint i que descriu un vent o empenta que es pot produir quan es passa un corrent entre un elèctrode prim i gruixut. Si s'aplica suficient tensió, l’aire entre els elèctrodes pot produir prou empenta per impulsar un avió petit.

Durant anys, l'empenta electroerodinàmica ha estat principalment un projecte d'aficionats, i els dissenys s'han limitat en la seva major part a petits "elevadors" d'escriptori lligats a subministraments de gran tensió que creen el vent suficient perquè un petit vaixell es pugui passar breument a l'aire. Es va assumir en gran part que seria impossible produir suficient vent ionic per impulsar un avió més gran durant un vol sostingut.

"Va ser una nit d’insomni en un hotel quan vaig estar a prova de reacció i estava pensant en això i vaig començar a buscar maneres de fer-ho", recorda. "Vaig fer uns quants càlculs de sobre i vaig descobrir que, sí, podria convertir-se en un sistema de propulsió viable", diu Barrett. "I va resultar que necessitava molts anys de treball per arribar d’aquest a un primer vol de prova".

El disseny final de l’equip s’assembla a un gran planador lleuger. L’avió, que pesa al voltant de cinc lliures i té una envergadura de cinc metres, porta una sèrie de cables prims, que s’encadenen com a tanca horitzontal al llarg i a l’extrem davanter de l’ala del pla. Els cables actuen com a elèctrodes de càrrega positiva, mentre que els cables més gruixuts disposats de manera similar, que recorren la part posterior de l'ala del pla, serveixen com a elèctrodes negatius.

El fuselatge de l'avió té una pila de bateries de polímer de liti.L'equip de Barrett va incloure membres del grup de recerca Power Electronics del professor David Perreault al Laboratori d'Investigació d'Electrònica, que va dissenyar una font d'alimentació que convertiria la sortida de les bateries en una tensió suficientment alta per impulsar l'avió. D'aquesta manera, les bateries subministren electricitat a 40.000 volts per carregar positivament els cables mitjançant un convertidor de potència lleuger.

Un cop els cables s’excitin, actuen per atraure i despullar els electrons carregats negativament de les molècules d’aire que l'envolten, com un imant gegant que atrau les presentacions de ferro. Les molècules d’aire que queden enrere són ionitzades recentment i, al seu torn, són atretes pels elèctrodes carregats negativament a la part posterior del pla.

Mentre el nou núvol de ions flueix cap als cables carregats negativament, cada ió xoca milions de vegades amb altres molècules d'aire, creant una empenta que propulsa l'avió.

L’equip, que també incloïa el personal del Laboratori Lincoln, Thomas Sebastian i Mark Woolston, van volar l’avió en diversos vols de proves a través del gimnàs al Centre Atlètic duPont del MIT: l’espai interior més gran que podien trobar per realitzar els seus experiments. L’equip va volar a l’avió a una distància de 60 metres (la distància màxima dins del gimnàs) i va trobar que l’avió produïa suficient empenta iònica per mantenir el vol tot el temps. Van repetir el vol 10 vegades, amb un rendiment similar.

"Aquest va ser el pla més simple possible que podríem dissenyar i que pogués demostrar el concepte que un avió de ions podria volar", diu Barrett. "Encara està lluny d’un avió que pogués dur a terme una missió útil. Ha de ser més eficient, volar més temps i sortir fora."

L'equip de Barrett està treballant per augmentar l'eficiència del seu disseny, per produir més vent ionic amb menys tensió. Els investigadors també esperen augmentar la densitat d’empenta del disseny: la quantitat d’embranzida generada per unitat d’àrea. Actualment, volar l’avió lleuger de l’equip requereix una àmplia zona d’elèctrodes, que bàsicament constitueix el sistema de propulsió de l’avió. Idealment, Barrett voldria dissenyar un avió sense sistema de propulsió visible ni superfícies de controls separats, com ara timons i elevadors.

"Va trigar molt a arribar fins aquí", diu Barrett. “Passar del principi bàsic a allò que en realitat vola va ser un llarg viatge de caracterització de la física, després de dissenyar-lo i fer-lo funcionar. Ara les possibilitats d’aquest tipus de sistema de propulsió són viables ”.