Desde que el primer avión despegó hace más de 100 años, prácticamente todos los aviones en el cielo han volado con la ayuda de piezas móviles como hélices, cuchillas de turbina, y fans, que son alimentados por la combustión de combustibles fósiles o por paquetes de baterías que producen un persistente, zumbido quejumbroso.

Ahora los ingenieros del MIT han construido y pilotado el primer avión sin partes móviles. En lugar de hélices o turbinas, el avión ligero funciona con un "viento iónico", un flujo silencioso pero poderoso de iones que se produce a bordo del avión, y eso genera suficiente empuje para propulsar el avión sobre un sostenido, vuelo estable.

A diferencia de los aviones propulsados ​​por turbinas, el avión no depende de combustibles fósiles para volar. Y a diferencia de los drones propulsados ​​por hélice, el nuevo diseño es completamente silencioso.

"Este es el primer vuelo sostenido de un avión sin partes móviles en el sistema de propulsión, "dice Steven Barrett, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en el MIT. "Esto potencialmente ha abierto posibilidades nuevas e inexploradas para aviones que son más silenciosos, mecánicamente más simple, y no emiten emisiones de combustión ".

Él espera que a corto plazo, Estos sistemas de propulsión de viento iónico podrían usarse para volar drones menos ruidosos. Más lejos, Él prevé la propulsión de iones combinada con sistemas de combustión más convencionales para crear más eficientes en el consumo de combustible, aviones de pasajeros híbridos y otros aviones de gran tamaño.

Barrett y su equipo en el MIT han publicado sus resultados en la revista Naturaleza .

Artesanías de hobby

Barrett dice que la inspiración para el avión de iones del equipo proviene en parte de la serie de películas y televisión, "Star Trek, "que observaba con avidez cuando era niño. Se sintió particularmente atraído por los transbordadores futuristas que volaban sin esfuerzo por el aire, aparentemente sin partes móviles y casi sin ruido o escape.

"Esto me hizo pensar, en el futuro a largo plazo, los aviones no deberían tener hélices ni turbinas, ", Dice Barrett." Deberían parecerse más a las lanzaderas de 'Star Trek, 'que tienen un brillo azul y se deslizan silenciosamente ".

Hace unos nueve años, Barrett comenzó a buscar formas de diseñar un sistema de propulsión para aviones sin partes móviles. Finalmente se encontró con "viento iónico, "también conocido como empuje electroaerodinámico, un principio físico que se identificó por primera vez en la década de 1920 y describe un viento, o empujar, que se puede producir cuando se pasa una corriente entre un electrodo delgado y uno grueso. Si se aplica suficiente voltaje, el aire entre los electrodos puede producir suficiente empuje para propulsar una aeronave pequeña.

Durante años, El empuje electroaerodinámico ha sido principalmente un proyecto de aficionado, y los diseños se han limitado en su mayor parte a pequeños, "elevadores" de sobremesa atados a grandes suministros de voltaje que generan el viento suficiente para que una pequeña nave flote brevemente en el aire. Se asumió en gran medida que sería imposible producir suficiente viento iónico para propulsar una aeronave más grande en un vuelo sostenido.

"Fue una noche de insomnio en un hotel cuando tenía jet lag, y estaba pensando en esto y comencé a buscar formas de hacerlo, "recuerda." Hice algunos cálculos en el reverso del sobre y descubrí que, sí, podría convertirse en un sistema de propulsión viable, "Dice Barrett." Y resultó que se necesitaron muchos años de trabajo para pasar de eso a un primer vuelo de prueba ".

Los iones toman vuelo

El diseño final del equipo se asemeja a un gran planeador ligero. El avión que pesa alrededor de 5 libras y tiene una envergadura de 5 metros, lleva una serie de cables delgados, que están colgados como cercas horizontales a lo largo y debajo del extremo delantero del ala del avión. Los cables actúan como electrodos cargados positivamente, mientras que los alambres más gruesos dispuestos de manera similar, corriendo a lo largo de la parte trasera del ala del avión, sirven como electrodos negativos.

El fuselaje del avión contiene una pila de baterías de polímero de litio. El equipo del avión de iones de Barrett incluyó a miembros del Grupo de Investigación de Electrónica de Potencia del Profesor David Perreault en el Laboratorio de Investigación de Electrónica. quien diseñó una fuente de alimentación que convertiría la salida de las baterías a un voltaje suficientemente alto para impulsar el avión. De este modo, las baterías suministran electricidad a los 40, 000 voltios para cargar positivamente los cables a través de un convertidor de potencia ligero.

Una vez que los cables estén energizados, actúan para atraer y eliminar electrones cargados negativamente de las moléculas de aire circundantes, como un imán gigante que atrae limaduras de hierro. Las moléculas de aire que quedan atrás están recién ionizadas, ya su vez son atraídos por los electrodos cargados negativamente en la parte trasera del avión.

A medida que la nube de iones recién formada fluye hacia los cables cargados negativamente, cada ion choca millones de veces con otras moléculas de aire, creando un empuje que impulsa la aeronave hacia adelante.

El equipo, que también incluía al personal del Laboratorio Lincoln Thomas Sebastian y Mark Woolston, voló el avión en múltiples vuelos de prueba a través del gimnasio en el DuPont Athletic Center del MIT, el espacio interior más grande que pudieron encontrar para realizar sus experimentos. El equipo voló el avión a una distancia de 60 metros (la distancia máxima dentro del gimnasio) y descubrió que el avión producía suficiente empuje iónico para mantener el vuelo todo el tiempo. Repitieron el vuelo 10 veces, con un rendimiento similar.

"Este fue el avión más simple posible que pudimos diseñar que podría probar el concepto de que un avión de iones podía volar, "Dice Barrett." Todavía está un poco lejos de un avión que podría realizar una misión útil. Necesita ser más eficiente volar por más tiempo, y volar afuera ".

El equipo de Barrett está trabajando para aumentar la eficiencia de su diseño, para producir más viento iónico con menos voltaje. Los investigadores también esperan aumentar la densidad de empuje del diseño, la cantidad de empuje generada por unidad de área. En la actualidad, volar el avión liviano del equipo requiere una gran área de electrodos, que esencialmente constituye el sistema de propulsión del avión. Idealmente, A Barrett le gustaría diseñar una aeronave sin un sistema de propulsión visible o superficies de control separadas como timones y elevadores.

"Me tomó mucho tiempo llegar aquí, "Dice Barrett." Pasar del principio básico a algo que realmente vuela fue un largo viaje para caracterizar la física, luego idear el diseño y hacerlo funcionar. Ahora las posibilidades de este tipo de sistema de propulsión son viables ".