Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Pierwszy samolot z napędem bez ruchomych części

Recommended Posts

Wszystkie samoloty, od początku istnienia tych maszyn, poruszają się dzięki pomocy ruchomych części, takich jak śmigła czy turbiny. Inżynierowie z MIT skonstruowali pierwszy w historii samolot, który nie zawiera żadnych ruchomych części. Jest on zasilany przez „wiatr jonowy” wytwarzany na pokładzie samolotu, który zapewnia mu wystarczający ciąg, by utrzymać maszynę w powietrzu. W przeciwieństwie do innych rozwiązań stosowanych w lotnictwie, nowy napęd jest całkowicie cichy i nie potrzebuje paliw kopalnych.

To pierwszy zdolny do lotu samolot z napędem niezawierającym ruchomych części. Potencjalnie może to doprowadzić do powstania samolotów, które są cichsze, prostsze w konstrukcji i nie powodują emisji pochodzącej ze spalania, cieszy się profesor Steven Barrett z MIT. Uczony uważa, że w najbliższej przyszłości mogą pojawić się ciche drony korzystające z wiatru jonowego. W dalszej zaś perspektywie uczony przewiduje pojawienie się samolotów pasażerskich i transportowych o napędzie hybrydowym, łączącym wiatr jonowy z tradycyjnym silnikiem.

Barrett przyznaje, że do pracy nad nowatorskim napędem zainspirował go serial Star Trek, który namiętnie oglądał w dzieciństwie. Szczególnie fascynowały go pojazdy latające, które bez wysiłku poruszały się w atmosferze, nie były wyposażone w żadne śmigła, nie wydzielały spalin i nie hałasowały. Pomyślałem, że w przyszłości powstaną samoloty, które nie będą miały śmigiel i turbin. Będą jak statki w Star Treku, które świecą na niebiesko i cicho się poruszają, wspomina Barrett.

Przed dziewięciu laty naukowiec rozpoczął prace nad systemem napędowym bez ruchomych części. Szybko zwrócił uwagę na wiatr jonowy, czyli ciąg elektroaerodynamiczny. Jego koncepcję opracowano w latach 20. ubiegłego wieku. Mówi ona, że jeśli pomiędzy dwiema elektrodami, cienką i grubą, pojawi się wystarczające napięcie, to powietrze przepływające pomiędzy elektrodami wytworzy tyle ciągu, że będzie w stanie napędzać mały samolot. Przez lata koncepcją taką zajmowali się głównie hobbyści, którym udawało się stworzyć bardzo małe samoloty, podłączone do źródła napięcia, które przez chwilę unosiły się w powietrzu. Uzyskanie dłuższego lotu większym urządzeniem uznawano za niemożliwe.

Jednak Barrettowi się udało. Skonstruowany przez niego i jego zespół samolot waży około 2,5 kilogramów i ma skrzydła o rozpiętości 5 metrów. Pod skrzydłem, wzdłuż jego przedniej krawędzi, znajdują się cienkie struny, przypominające ułożeniem płot otaczający pastwisko. Wzdłuż tylnej krawędzi również mamy struny, ale grubsze. Te pierwsze działają jak katoda (elektroda dodatnia), a drugie jak anoda. W kadłubie pojazdu umieszczono akumulatory litowo-jonowe, które dostarczają one napięcie rzędu 40 000 woltów do katody. Naelektryzowane struny z przodu wyrywają elektrony z otaczających je molekuł powietrza, a zjonizowane w ten sposób powietrze przepływa w kierunku strun z tyłu. Każdy z przepływających jonów miliony razy zderzał się z molekułami powietrza, tworząc w ten sposób ciąg.

Twórcy samolotu testowali go w sali o długości 60 metrów. Pojazd przemierzał całą długość sali. Przeprowadzono 10 testów i za każdym razem stwierdzono, że napęd działa. To był najprostszy możliwy projekt. Daleka jeszcze droga do stworzenia samolotu, zdolnego do wykonania użytecznej misji. Musi być on bardziej wydajny, lecieć dłużej i być zdolnym do lotu na otwartej przestrzeni, dodaje Barrett.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy piorun uderzy w samolot, pilot powinien jak najszybciej wylądować, by można było sprawdzić ewentualne uszkodzenia maszyny. Na pierwszym planie jest tutaj stawiane bezpieczeństwo, jednak bardzo często maszyna wychodzi z takiego zdarzenia bez szwanku, a cała procedura powoduje spore koszty i opóźnienia.
      Najnowsze badania sugerują, że najlepszym sposobem na zmniejszenie ryzyka uderzenia pioruna w samolot może być... dodanie ładunku elektrycznego na jego powierzchni.
      Podczas lotu na powierzchni samolotu gromadzą się dodanio lub ujemnie naładowane jony. Szczególnie dużo gromadzi się ich na dziobie, końcówkach skrzydeł i statecznika. Jeśli pojawi się duża różnica w ładunkach zanim samolot wleci w naładowany obszar atmosfery, jony mogą przepłynąć wzdłuż poczycia i zamknąć obwód z chmurami prowadząc do pojawienia się wyładowania.
      W 2018 roku inżynier Carmen Guerra-Garcia z MIT i jej sudent Colin Pavan, przeprowadzili obliczenia, z których wynikało, że aby zapobiec takim wydarzeniom należy dodać do poszycia samolotu ujemne ładunki elektryczne. Teraz oboje przetestowali model samolotu z umieszczonym na pokładzie generatorem. Badali swój model w różnych warunkach, sprawdzając, jak rozkładają się ładunki elektryczne i co się z nimi dzieje.
      Badania potwierdziły, że przepływ jonów prowadzi do zainicjowania wyładowań elektrycznych. Potwierdziły też, że dodanie ujemnych ładunków pomaga w uniknięciu takich zjawisk.
      Naładowanie samolotu brzmi jak pomysł szaleńca, ale dodanie ładunków ujemnych zapobiega gromadzeniu się ładunków dodatnich, co z kolei może zapobiec pojawieniu się wyładowania, mówi inżynier Pavlo Kochkin z Uniwersytetu w Bergen. Od lat zajmuje się on problematyką wyładowań elektrycznych na powierzchni samolotów. Teraz, zainspirowany badaniami naukowców z MIT, tworzy specjalny symulator, w którym uwzględni różne poziomy naelektryzowania powietrza i zawartość pary wodnej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      BAE Systems wyprodukowało bezzałogowy ultralekki samolot (UAV), który może konkurować z satelitami czy dronami. PHASA-35 (Persistent High-Altitude Solar Aircraft) może pochwalić się skrzydłami o rozpiętości 35 metrów, a więc dorównującej rozpiętości skrzydeł Boeinga, ale waży przy tym 150 kg, w tym 15 kg stanowi ładunek. Samolot został po raz pierwszy oblatany 10 lutego na poligonie australijskich sił powietrznych Woomera.
      Latał przez nieco mniej niż godzinę. To jednak wystarczyło do przetestowania jego aerodynamiki, autopilota i manewrowości. Wcześniej testowaliśmy te elementy na mniejszych modelach samolotu, więc większość problemów już poprawiliśmy,mówi Phil Varty z BAE Systems.
      Prototyp pokryty jest ogniwami fotowoltaicznymi firmy MicroLink Devices. Ich producent twierdzi, że skuteczność konwersji paneli sięga 31%.
      Na potrzeby testu tylko część skrzydeł pokryliśmy panelami. Urządzenia te o grubości kartki papieru generowały 4 kW. W ostatecznej wersji samolotu panele umieścimy na całej powierzchni skrzydeł i dostarczą one 12 kW, zapewnia Varty.
      Energia słoneczna napędza dwa silniki elektryczne i zasila zestaw ponad 400 akumulatorów, które pozwalają samolotowi na lot w nocy. Jak mówi Varty, akumulatory – w przeciwieństwie do paneli słonecznych – nie są ostatnim krzykiem techniki. Firma postawiła na znane, niezbyt wydajne i tanie rozwiązanie, podobne do tego, jakie możemy spotkać w smartfonach. Chodzi o to, żeby łatwo można było wymienić akumulatory na nowe, gdy pojawi się lepsza sprawdzona wersja.
      Przedstawiciele BAE Systems zauważają też, że pomimo tego, iż test samolotu był prowadzony latem w Australii, to pojazd zaprojektowano tak, by mógł latać podczas najmniej sprzyjającej pory roku – przesilenia zimowego. Dlatego też PHASA-35 może potencjalnie pozostawać w powietrzu nieprzerwanie przez cały rok. Będzie latał w stratosferze na wysokości około 20 kilometrów. Tam jest niewiele wiatru, nie chmur i turbulencji, mówi Varty.
      Samolot może być sterowany z Ziemi. Jest też wyposażony w autopilota, któremu można wgrać wcześniej przygotowaną trasę. Urządzenie może pozostawać w określonym punkcie lub wykonywać złożone manewry. Można go wyposażyć w aparaty fotograficzne, czujniki i różnego rodzaju urządzenia śledzące. Dlatego też PHASA-35 w wielu zastosowaniach może zastąpić drony czy satelity.
      Najlepsze wojskowe drony mogą pozostawać w powietrzu maksymalnie przez 3 doby. Z kolei satelity muszą utrzymać prędkość co najmniej 7 km/s, by pozostać na wyznaczonej orbicie. Samolot BAE Systems będzie mógł bez przerwy monitorować określone miejsce, a dzięki temu, że znajduje się niżej nad Ziemią, dostarczy dokładniejszych obrazów. Jednak jego przydatność i czas pozostawania w powietrzu będą w dużej mierze zależały od masy ładunku. Osobną kwestią jest odporność na awarie przez cały rok.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jeszcze w latach 90. ubiegłego wieku producenci procesorów rywalizowali ze sobą, prześcigając się taktowaniu układów coraz szybszymi zegarami. Jednak od 10 lat prędkość zegarów praktycznie nie uległa zmianie. Zwiększanie częstotliwości ich pracy oznacza bowiem znaczny wzrost temperatury układu i problemy z jego schłodzeniem.
      Teraz uczeni z MIT-u we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu w Augsburgu zaobserwowali nowe zjawisko fizyczne, które może przyczynić się do powstania tranzystorów ze znacząco większą pojemnością elektryczną. To z kolei otwiera drogę do przyspieszenia pracy zegara.
      Obecne tranzystory korzystają z bramek, pod którymi, po przyłożeniu napięcia, gromadzą się elektrony. Pojemność elektryczna mierzy ile ładunków zbiera się pod bramką dla danego napięcia. Z kolei ilość energii, jakiej potrzebuje układ do pracy i ilość wydzielanego przezeń ciepła są proporcjonalne do napięcia na bramce. Zmniejszając napięcie zmniejszymy ilość ciepła powstającego w czasie pracy, co z kolei pozwoli na zwiększenie taktowania zegara.
      Profesor Raymond Ashoori oraz Lu Li z MIT-u wraz z Christophem Richterem, Stefanem Paetlem, Thilo Koppem i Hochenem Mannhartem z Uniwersytetu w Augsburgu szczegółowo badali system składający się z glinianu lantanu wyhodowanego na podłożu z tytanianu strontu. Glinian lantanu zbudowany jest z naprzemiennych warstw tlenku lantanu i tlenku glinu. Tlenek lantanu ma niewielki ładunek dodatni, a tlenek glinu - niewielki ujemny. W efekcie powstaje w nim seria pól elektrycznych, tworzących potencjał pomiędzy górną a dolną częścią materiału.
      W normalnych warunkach wspomniane tlenki są bardzo dobrymi izolatorami. Amerykańsko-niemiecki zespół wyszedł jednak z założenia, że jeśli glinian lantanu będzie odpowiednio cienki, to jego potencjał elektryczny wzrośnie do tego stopnia, że elektrony zaczną przesuwać się z góry do dołu, w kierunku podłoża z tytanianu strontu. W efekcie powstałby kanał przewodzący, podobny do tego, jaki powstaje w półprzewodnikowych tranzystorach po przyłożeniu napięcia.
      Naukowcy postanowili zatem zmierzyć pojemność elektryczną pomiędzy takim kanałem a bramką na górze warstwy glinianu lantanu.
      Wyniki ich zaskoczyły. Niezwykle mała zmiana napięcia spowodowała znaczący przyrost ładunku w kanale pomiędzy oboma materiałami. „Kanał zassał ładunek jak próżnia. A całość działa w temperaturze pokojowej, co wprawiło nas w osłupienie" - mówi Ashoori.
      Pojemność elektryczna materiału okazała się tak duża, że uczeni sądzą, iż nie da się jej wyjaśnić na gruncie obecnych teorii fizycznych. Obserwowaliśmy coś podobnego w półprzewodnikach. Jednak działo się to w bardzo czystej próbce, a efekt był bardzo słaby. Tutaj mamy niezwykle zanieczyszczoną próbkę i kolosalny efekt - mówi Ashoori i przyznaje, że nie wie, dlaczego jest on tak silny. Może to jakiś nowy efekt z dziedziny mechaniki kwantowej, a może jakaś nieznana nam właściwość fizyczna materiału - mówi.
      Profesor Jean-Marc Triscone z Uniwersytetu w Genewie, którego zespół specjalizuje się w badania połączenia glinianu lantanu z tytanianem strontu zauważa, że od lat istnieją wzory na obliczanie pojemności elektrycznej oraz metody jej dostosowywania do potrzeb, które są wykorzystywane w przemyśle. To co pokazał MIT dowodzi, że zasady te muszą zostać zmodyfikowane - stwierdził uczony.
      Nie ma jednak róży bez kolców. Mimo, że w badanym systemie dochodzi do olbrzymiej zmiany ilości ładunku dzięki minimalnej zmianie napięcia, to ładunek ten przesuwa się bardzo wolno. Zbyt wolno jak na potrzeby współczesnych układów scalonych.
      Niewykluczone, że dzieje się tak, gdyż użyto bardzo zanieczyszczonych próbek. Czystsze materiały mogą przyspieszyć przesuwania się ładunku. Ponadto, jeśli naukowcom uda się zrozumieć, na czym polega nowo odkryte zjawisko, być może będą w stanie odtworzyć je w innych materiałach.
      Profesor Triscone zauważa też, że wprowadzenie olbrzymich zmian do przemysłu komputerowego - a takimi zmianami byłoby np. zastąpienie krzemu nowym materiałem - spotka się z dużym oporem. Przez dekady przemysł półprzewodnikowy zainwestował tak olbrzymie pieniądze, że przekonać go do czegoś zupełnie nowego mogłaby tylko jakaś przełomowa technologia - stwierdza.
      Profesor Ashoori zgadza się z takim poglądem. Nasze odkrycie nie zrewolucjonizuje elektroniki już jutro. Ale teraz wiemy, że taki mechanizm istnieje, a skoro tak to, jeśli go zrozumiemy, będziemy mogli spróbować przystosować go do naszych potrzeb - mówi.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nowa elektroda, opracowana na MIT, pozwoli na zbudowanie akumulatorów, które przechowują więcej energii i pracują dłużej. Litowa anoda to efekt współpracy naukowców z MIT ze specjalistami z Hongkongu, Florydy i Teksasu.
      Jednym z największych problemów ze współczesnymi akumulatorami wynika z faktu, że w miarę ładowania akumulatora lit się rozszerza, a podczas rozładowywania kurczy się. Te ciągłe zmiany rozmiarów prowadzą do pękania lub odłączania się elektrolitu. Inny problem stanowi fakt, że żaden z używanych stałych elektrolitów nie jest tak naprawdę chemicznie stabilny w kontakcie z wysoko reaktywnym litem, ulega więc degradacji.
      Większość badań, mających na celu rozwiązanie tych problemów, poszukuje stabilnego elektrolitu. To jednak jest trudne.
      Naukowcy z MIT podeszli do problemu inaczej. Wykorzystali dwa dodatkowe materiały. Jeden nazwali „zmieszanymi przewodnikami jonowo-elektronicznymi” (MIEC), a drugi to „izolatory elektronu i jonu litowego” (ELI).
      Uczeni stworzyli trójwymiarową nanostrukturę przypominająca plaster miodu. Została ona zbudowana z heksagonalnych rurek MIEC częściowo wypełnionych litem. W każdej z rurek pozostawiono nieco wolnego miejsca. Gdy lit się rozszerza podczas ładowania, wypełnia puste miejsca w rurkach, poruszając się jak ciecz, mimo że zachowuje przy tym krystaliczną strukturę ciala stałego. Przepływ ten łagodzi naprężenia powstające podczas rozszerzania się litu, ale jednocześnie nie powoduje ani zmiany zewnętrznych rozmiarów elektrody, ani zmiany jej styku z elektrolitem. Drugi zaś ze wspomnianych materiałów, ELI, jest kluczowym mechanicznym łączem pomiędzy ściankami MIEC a stałym elektrolitem.
      Rozszerzający się i kurczący lit przemieszcza się tak, że nie wywiera nacisku na elektrolit, więc go nie niszczy. Twórcy anody porównują to do tłoków poruszających się w cylindrach. Jako, że całość jest jest zbudowana w skali nano, a każda z rurek ma średnicę 100-300 nanometrów, całość jest jak silnik z 10 miliardami tłoków, mówi główny autor badań, profesor Ju Li.
      Jako, że ścianki całej struktury wykonano z chemicznie stabilnego MIEC, lit nigdy nie traci kontaktu z materiałem. Cały akumulator pozostaje więc mechanicznie i chemiczne stabilny, dodaje Li. Naukowcy przetestowali swoją anodę podczas 100 cykli ładowania/rozładowywania i wykazali, że w elektrolicie nie powstały żadne pęknięcia.
      Naukowcy twierdzą, że ich projekt pozwoli na stworzenie akumulatorów litowych, w których anoda będzie 4-krotnie lżejsza na jednostkę pojemności niż obecnie. Jeśli dodamy do tego nowe pomysły na lżejszą katodę, całość może prowadzić do znaczącego obniżenia wagi akumulatora. Dzięki nowemu akumulatorowi nowoczesne smartfony można by ładować raz na 3 dni.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W Armenii znaleziono szczątki kobiety, która zginęła w bitwie 2500 lat temu. Archeolodzy nie wykluczają, że podobne jej wojowniczki mogły być pierwowzorem dla greckiego mitu o Amazonkach.
      Kobieta w chwili śmierci miała 20–30 lat. Pochowano ją w bogato wyposażonym grobie. Wiadomo też, bitwa, w której zginęła, nie była jej pierwszą. Na jednej z kości piszczelowych jest bowiem rana od strzały, która zaczęła się goić.
      Szczątki kobiety odkrył zespół archeologów pracujących w nekropolii Bover I w prowincji Lori. Jak informują naukowcy z Narodowej Akademii Nauk Republiki Armenii, kobieta miała około 170 centymetrów wzrostu. Podczas bitwy, w której zginęła, została postrzelona w miednicę, uderzona mieczem, a gdy leżała na ziemi, dobito ją toporem.
      Bogate wyposażenie grobu sugeruje, że była osobą o wysokim statusie społecznym, a badania kości wykazały, że jeździła konno i miała silne mięśnie. Naukowcy przypuszczają, że była profesjonalną łuczniczką. Udało się też określić, że żyła pomiędzy VIII a VI wiekiem przed naszą erą.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...