“Ionic wind”-propelled aircraft flies with no moving parts / I velivoli con "vento ionico" volano senza parti mobili


“Ionic wind”-propelled aircraft flies with no moving partsI velivoli con "vento ionico" volano senza parti mobili



Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa


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Batteries in the fuselage (tan compartment in front of plane) supply voltage to electrodes (blue/white horizontal lines), generating a wind of ions that propels the plane forward. / Le batterie nella fusoliera (vano marrone davanti al piano) forniscono tensione agli elettrodi (linee orizzontali blu / bianche), generando un vento di ioni che sospinge l'aereo in avanti.Image: Christine Y. He

MIT team takes Star Trek as inspiration for silent, electrically-powered experimental aircraft
For decades, science fiction creators have imagined new forms of propulsion to drive space- and aircraft through the atmosphere and cosmos. Many have turned to the concept of ion drive, where a stream of charged particles is expelled from the rear of the craft and pushes it forward in accordance with Newton’s third law of motion. In recent years, ion drive has become a reality for spacecraft, with six missions now using this form of propulsion, including the gravity wave detector Lisa Pathfinder and the recently-launched BepiColumbo spacecraft, which will use an ion drive in his approach to Mercury. Now, researchers at the Massachusetts Institute of Technology claim to have installed an ion drive for the first time in an aircraft.

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The BepiColombo spacecraft will use ion drive to approach Mercury / La navicella BepiColombo utilizzerà la trasmissione ionica per avvicinarsi a Mercurio

Described in the current issue of Nature, the as-yet-unnamed aircraft would be the first ever to fly using a propulsion system with no moving parts. Resembling a large glider, the aircraft has a 5m wingspan and weighs just over 2 kg. The drive system consists of two sets of wires, stretched taut underneath the leading and trailing edges of the wings, with the front set somewhat thinner than those at the rear. These are connected to a stack of lithium-ion batteries housed in the aircraft fuselage, which in turn is connected to a lightweight power converter that supplies 40,000 V to the wires. This voltage positively charges the wires at the front of the wings, which attract and strip away electrons from surrounding molecules in the air. This creates positive ions that are attracted to the negatively charged wires at the rear of the wings. The moving ions collide with air molecules between the two wire arrays, creating a an air current known as “ionic wind” which, passing over the wings, creates a thrust that moves the aircraft forward.
Research leader Steven Barrett, an associate professor of aeronautics and astronautics, and his colleagues, Thomas Sebastian and Mark Woolston, have tested the aircraft in the confines of a gymnasium at MIT – the largest indoor space they could find. So far, the reports, the aircraft has completed ten 60m flights. “It’s still some way away from an aircraft that could perform a useful mission,” Barrett said. “It needs to be more efficient, fly for longer, and fly outside.”
Barrett admits to being inspired by Star Trek. Ionic wind was first identified in the 1920s, and while pondering the problem of aircraft propulsion during a sleepless jetlagged night, Barrett wondered whether it could be employed as a means of freeing aircraft from the need for a rotary fossil-fuel-powered engine. “In the long-term future, planes shouldn’t have propellers and turbines,” Barrett said. “They should be more like the shuttles in Star Trek, that have just a blue glow and silently glide.”
Up to now, ionic wind, also known as electroaerodynamic thrust, has been mainly a curiosity used to power miniature desktop flying models, but abandoning his attempts to drop off, Barrett did some back-of-envelope calculations to see how much power would be needed to propel a full-sized aircraft. “And it turned out it needed many years of work to get from that to a first test flight.”
In fact, it took nine years. “It took a long time to get here,” he said. “Going from the basic principle to something that actually flies was a long journey of characterizing the physics, then coming up with the design and making it work. Now the possibilities for this kind of propulsion system are viable.”
Barrett’s next goal is to improve the efficiency of design, producing great ionic wind with less voltage. The team is also working on improving the thrust density, which would result in a need for a smaller area for the electrical array. Ideally, Barrett would like to design an aircraft with no visible propulsion system or control surfaces.
Find out more in the video below.

ITALIANO

Il gruppo del MIT prende Star Trek come fonte d'ispirazione per aerei sperimentali silenziosi ad alimentazione elettrica

Per decenni, i creatori di fantascienza hanno immaginato nuove forme di propulsione per guidare nello spazio e gli aerei attraverso l'atmosfera e il cosmo. Molti si sono rivolti al concetto di guida ionica, in cui una corrente di particelle cariche viene espulsa dal retro del velivolo e la spinge in avanti in accordo con la terza legge del moto di Newton. Negli ultimi anni, il motore ionico è diventato una realtà per i veicoli spaziali, con sei missioni che ora utilizzano questa forma di propulsione, tra cui il rilevatore di onde gravitazionali Lisa Pathfinder e la navicella BepiColumbo lanciata di recente, che utilizzerà un motore ionico nel suo approccio a Mercury. Ora, i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology sostengono di avere installato per la prima volta un disco ionico su un aereo.

Descritto nell'attuale numero di Nature, il velivolo non ancora nominato sarebbe il primo a volare usando un sistema di propulsione senza parti mobili. Simile a un aliante di grandi dimensioni, l'aereo ha un'apertura alare di 5 metri e pesa poco più di 2 kg. Il sistema di guida è costituito da due serie di cavi, tesi teso sotto i bordi anteriore e posteriore delle ali, con il set anteriore leggermente più sottile di quelli sul retro. Questi sono collegati a una pila di batterie agli ioni di litio alloggiate nella fusoliera dell'aereo, che a sua volta è collegata a un convertitore di potenza leggero che fornisce 40.000 V ai fili. Questa tensione carica positivamente i fili nella parte anteriore delle ali, che attraggono e rimuovono gli elettroni dalle molecole circostanti nell'aria. Questo crea ioni positivi che sono attratti dai fili caricati negativamente nella parte posteriore delle ali. Gli ioni in movimento si scontrano con le molecole d'aria tra i due gruppi di fili, creando una corrente d'aria nota come "vento ionico" che, passando sopra le ali, crea una spinta che sposta l'aereo in avanti.

Il capo della ricerca Steven Barrett, professore associato di aeronautica e astronautica, e i suoi colleghi, Thomas Sebastian e Mark Woolston, hanno testato l'aereo nei confini di una palestra del MIT - il più grande spazio interno che hanno potuto trovare. Finora, secondo i rapporti, l'aereo ha completato dieci voli di 60 minuti. "È ancora lontano da un aereo che potrebbe svolgere una missione utile", ha detto Barrett. "Deve essere più efficiente, volare più a lungo e volare fuori."

Barrett ammette di essere stato ispirato da Star Trek. Il vento ionico fu identificato per la prima volta negli anni '20 e, mentre rifletteva sul problema della propulsione aeronautica durante una notte senza sonno, Barrett si chiese se potesse essere impiegato come mezzo per liberare gli aerei dalla necessità di un motore rotativo alimentato a combustibili fossili. "Nel futuro a lungo termine, gli aerei non dovrebbero avere eliche e turbine", ha detto Barrett. "Dovrebbero essere più simili alle navette di Star Trek, che hanno solo un bagliore blu e scivolano silenziosamente."

Fino ad ora, il vento ionico, noto anche come spinta elettrodinamica, è stato principalmente una curiosità usata per alimentare modelli di volo desktop in miniatura, ma abbandonando i suoi tentativi di utilizzo di grandi velivoli, Barrett ha fatto alcuni calcoli di back-of-envelope per vedere quanta energia sarebbe stata necessario per spingere un aereo a grandezza naturale. "E si è scoperto che aveva bisogno di molti anni di lavoro per passare da quello ad un primo volo di prova".

In realtà, ci sono voluti nove anni. "Ci è voluto molto tempo per arrivare qui", ha detto. "Passare dal principio di base a qualcosa che in realtà vola è stato un lungo viaggio nel caratterizzare la fisica, quindi inventare il progetto e farlo funzionare. Ora le possibilità per questo tipo di sistema di propulsione sono fattibili ".

Il prossimo obiettivo di Barrett è quello di migliorare l'efficienza del design, producendo un grande vento ionico con meno tensione. Il gruppo sta inoltre lavorando per migliorare la densità di spinta, il che comporterebbe la necessità di un'area più piccola per l'array elettrico. Idealmente, Barrett vorrebbe progettare un aeromobile senza sistema di propulsione visibile o superfici di controllo.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/365459-2/?cmpid=tenews_6710211&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79

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