翼展 5 米，重 2.45 公斤，平均高度僅 0.47 米的情況下能持續飛行 60 米，一架由麻省理工學院團隊打造的十分特別的飛機，近日在學校的體育館內完成了首次飛行。它是人類發明的第一架不配備任何活動部件、采用“離子推進”引擎的飛機。

 

       最令人稱奇的是，它的“離子發動機”是懸掛在機翼下的兩排八列電線/翼型電離器，可以在超高壓電源轉換器制造的4萬伏高壓下，將氮氣和氧氣電離，從而產生了每千瓦5牛頓的推力，與噴氣發動機的輸出功率相當。

 

 

       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；而打開離子發動機后，飛機可巡航飛行60米遠。飛行試驗一共進行了10次，飛機都能穩定飛行，滯空時間在8至9秒左右。

 

 

       研究人員認為，整個系統的效率還很低下，僅2.5%左右，遠低于傳統飛機；如果建造更大更快的飛行器，還可以將整體效率提高一倍，而不需要對底層設計做任何更改。

 

       自第一架飛機在 100 多年前飛行以來，天空中的幾乎每架飛機都借助于螺旋槳、渦輪葉片和風扇等活動部件飛行，這些部件由化石燃料的燃燒或產生的電池組供電，伴隨著它們整個飛行過程的是惱人的噪音和持續的排放。

 

       而這架電動飛機和則完全不同，它沒有螺旋槳、沒有渦輪機，由帶電空氣分子碰撞而成的“離子風”提供了飛行所需的推力。正如飛機的發明者、麻省理工學院航空航天副教授史蒂文·巴雷特說：“這是史上第一架推進系統中沒有任何活動部件的飛機，將為飛機帶來新的可能性，未來的飛機會更安靜，機械設計更簡單，并且不會排放燃燒物。”

 

 

       他預計，在短期內，這種離子風推進系統可用于飛行較少的嘈雜無人機。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。

 

 

       飛機的設計。

 

 

       本項研究表明利用離子風的空氣動力，可以推進飛機穩定水平的飛行。

 

       靈感源于星際迷航

 

       巴雷特透露，團隊的靈感部分來自科幻作品“星際迷航”。在他小的時候，他就非常喜歡這部片子，其中，那些看起來能夠毫不費力地在星際中穿梭的未來主義飛行器更是引起了他極大的興趣。

 

       “這讓我不禁幻想，在遙遠的未來，飛機不應該有螺旋槳和渦輪機，它們應該只有藍色光芒的軌跡，安靜地在星際中飛行”，他說。

 

       大約在九年前，巴雷特開始著手設計沒有活動部件的飛機推進系統。最終，他選擇了“離子風”（ionicwind），它也被稱為電動力學推力（electroaerodynamic，EAD）。

 

       這種技術最初在 20 世紀 20 年代被提出，簡單來說，它描述了電流在薄電極和厚電極之間通過時可產生風，或者說推力。

 

       而當施加的電壓足夠大時，電極之間的空氣可以產生足夠的推力來推進小型飛機。理論上來說，使用非常高的電壓時，基于 EAD 的推進器會在兩個電極周圍的空氣中產生離子，電極之間產生的電場將離子從較小的電極“甩到”較大的電極上，這些離子在行進時與正常的空氣分子碰撞，產生離子風并向前推動機器。另外，由于離子可以在兩個固定電極之間移動，因此機器不需要活動部件來為其供電。

 

 

       這種技術目前已經被 NASA 開發，并用于外太空，部署在一些衛星和航天器上。由于太空的真空環境，這樣的系統電離的是氙氣，而巴雷特的飛機電離的是環境空氣中的氮分子。

 

       那么，為什么科學家一直沒有在我們的飛機上使用這種技術呢？要知道，在太空中運用離子推進比在大氣中容易得多。衛星在重力牽引下環繞地球飛行，離子推進器只是用作簡單的航向校正。相比之下，大氣中飛機必須要產生足夠的推力以保持其高空飛行，還要克服恒定的空氣阻力。