วิศวกรบินเครื่องบินครั้งแรกโดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว – และได้รับแรงบันดาลใจจาก ‘Star Trek’

วิศวกรบินเครื่องบินครั้งแรกโดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว – และได้รับแรงบันดาลใจจาก 'Star Trek'

“สิ่งนี้ทำให้ฉันคิดว่าในอนาคตระยะยาว เครื่องบินไม่ควรมีใบพัดและกังหัน” บาร์เร็ตต์กล่าว “พวกมันควรเป็นเหมือนกระสวยอวกาศใน ‘Star Trek’ ที่มีเพียงแสงสีน้ำเงินและร่อนอย่างเงียบ ๆ”

ประมาณเก้าปีที่แล้ว Barrett เริ่มมองหาวิธีออกแบบระบบขับเคลื่อนสำหรับเครื่องบินที่ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ในที่สุดเขาก็พบกับ “ลมไอออนิก” หรือที่เรียกว่าแรงขับแบบอิเล็กโตรแอโรไดนามิก ซึ่งเป็นหลักการทางกายภาพที่ระบุครั้งแรกในปี ค.ศ. 1920 และอธิบายลมหรือแรงขับที่สามารถผลิตได้เมื่อ

กระแสผ่านระหว่างอิเล็กโทรดแบบบางและแบบหนา

หากใช้แรงดันไฟฟ้าเพียงพอ อากาศระหว่างอิเล็กโทรดจะสร้างแรงขับมากพอที่จะขับเคลื่อนเครื่องบินขนาดเล็กได้หลายปีที่ผ่านมา แรงขับแบบแอโรไดนามิกส์ส่วนใหญ่เป็นโปรเจ็กต์สำหรับงานอดิเรก และการออกแบบส่วนใหญ่จำกัดเฉพาะ “ตัวยก” เดสก์ท็อปขนาดเล็กที่ผูกติดกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟขนาดใหญ่ที่สร้างลมให้เพียงพอสำหรับยานขนาดเล็กที่จะลอยขึ้นไปในอากาศชั่วครู่ สันนิษฐานส่วนใหญ่ว่า

เป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตลมไอออนิกมากพอ

ที่จะขับเคลื่อนเครื่องบินขนาดใหญ่กว่าเที่ยวบินที่ยั่งยืน“มันเป็นคืนที่นอนไม่หลับในโรงแรมแห่งหนึ่งตอนที่ฉันมีอาการเจ็ทแล็ก และฉันกำลังคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้และเริ่มค้นหาวิธีที่สามารถทำได้” เขาเล่า “ฉันคำนวณส่วนหลังของซองจดหมายและพบว่าใช่ มันอาจจะกลายเป็นระบบขับเคลื่อนที่ทำงานได้” บาร์เร็ตต์กล่าว “และปรากฏว่าต้องใช้เวลาหลายปีกว่าจะไปถึงเที่ยวบินทดสอบครั้งแรกได้”

ตรวจสอบ :  เครื่องจักรสีเขียวทั้งหมดที่ใช้ขยะชีวภาพเพื่อสร้างเมฆสำหรับน้ำสะอาดชนะรางวัล XPrize มูลค่า 1.75 ล้านเหรียญ

การออกแบบขั้นสุดท้ายของทีมคล้ายกับเครื่องร่อน

น้ำหนักเบาขนาดใหญ่ เครื่องบินลำนี้มีน้ำหนักประมาณ 5 ปอนด์และมีปีกกว้าง 5 เมตร มีสายไฟเส้นบางๆ เรียงเป็นแถว ซึ่งพันกันเป็นแนวรั้วตามแนวขวางและใต้ส่วนหน้าของปีกเครื่องบิน สายไฟทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดที่มีประจุบวก ในขณะที่ลวดที่หนากว่านั้นจัดเรียงในลักษณะเดียวกัน วิ่งไปตามส่วนหลังของปีกเครื่องบิน ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดลบ

ลำตัวเครื่องบินบรรจุแบตเตอรีลิเธียม

พอลิเมอร์หนึ่งกอง ทีมระนาบไอออนของ Barrett ได้ออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่จะแปลงเอาท์พุตของแบตเตอรี่ให้เป็นไฟฟ้าแรงสูงเพียงพอที่จะขับเคลื่อนเครื่องบิน ด้วยวิธีนี้ แบตเตอรี่จะจ่ายไฟฟ้าที่ 40,000 โวลต์เพื่อชาร์จสายไฟบวกผ่านตัวแปลงพลังงานน้ำหนักเบา

เมื่อสายไฟได้รับพลังงานแล้ว ลวดเหล่านี้จะทำหน้าที่

ดึงดูดและดึงอิเล็กตรอนที่มีประจุลบออกจากโมเลกุลของอากาศโดยรอบ เหมือนกับแม่เหล็กขนาดยักษ์ที่ดึงดูดตะไบเหล็ก โมเลกุลของอากาศที่ถูกทิ้งไว้เบื้องหลังจะถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออนใหม่และถูกดึงดูดไปยังอิเล็กโทรดที่มีประจุลบที่ด้านหลังของเครื่องบินหดหู่เพราะข่าวเคเบิลที่เล่นในที่สาธารณะทุกที่ เขาออกแบบแว่นตาที่ปิดหน้าจอ

เมื่อเมฆไอออนที่ก่อตัวขึ้นใหม่ไหลเข้าหาสายไฟที่มีประจุลบ 

ไอออนแต่ละตัวจะชนกับโมเลกุลอากาศอื่นๆ นับล้านครั้ง ทำให้เกิดแรงขับที่ขับเคลื่อนเครื่องบินไปข้างหน้าทีมบินเครื่องบินในเที่ยวบินทดสอบหลายเที่ยวทั่วโรงยิมในศูนย์กีฬาดูปองต์ของ MIT ซึ่งเป็นพื้นที่ในร่มที่ใหญ่ที่สุดที่พวกเขาสามารถหาได้เพื่อทำการทดลอง ทีมบินเครื่องบินเป็นระยะทาง 60 เมตร (ระยะทางสูงสุดภายในโรงยิม) และพบว่าเครื่องบินสร้างแรงขับไอออนิกมากพอที่จะคงเที่ยวบินไว้ตลอดเวลา พวกเขาบินซ้ำ 10 ครั้งด้วยประสิทธิภาพที่คล้ายคลึงกัน

“นี่เป็นระนาบที่ง่ายที่สุดที่เราสามารถออกแบบ

ได้ซึ่งสามารถพิสูจน์แนวคิดที่ว่าระนาบไอออนสามารถบินได้” บาร์เร็ตต์กล่าว “มันยังห่างไกลจากเครื่องบินที่สามารถปฏิบัติภารกิจที่มีประโยชน์ได้ ต้องมีประสิทธิภาพมากขึ้น บินได้นานขึ้น และบินออกไปข้างนอก”

การออกแบบใหม่นี้เป็น “ก้าวที่ยิ่งใหญ่” 

ในการแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการขับเคลื่อนของลมไอออน ตามที่ Franck Plouraboue นักวิจัยอาวุโสของ Institute of Fluid Mechanics ในเมืองตูลูส ประเทศฝรั่งเศส ซึ่งตั้งข้อสังเกตว่าก่อนหน้านี้นักวิจัยไม่สามารถบินสิ่งใดที่หนักกว่า ไม่กี่กรัม

Credit : สล็อตแตกง่าย