Ионная тяга вместо реактивной

15.04.2013

Не исключено, что в ближайшем будущем появятся первые легкие самолеты на практически бесшумной и экологически чистой реактивной тяге. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) провели серию расчетов и экспериментов и выяснили, что атмосферные ионные двигатели могут быть гораздо эффективнее, чем считалось ранее.

На самом деле явление электрогидродинамической тяги или по-простому ионного ветра было открыто еще в 1960 году. Суть его в следующем: когда ток проходит между двумя электродами, один из которых тоньше, чем другой, создается поток воздуха. Если подать на проводники достаточное напряжение, то можно получить очень мощную воздушную струю, которой будет достаточно для того, чтобы удерживать самолет в воздухе.

К сожалению этот, без сомнения, привлекательный тип реактивного двигателя долгое время оставался забавой для инженеров и фокусников, поскольку считался недостаточно мощным доля создания "серьезной" реактивной тяги. Некоторые ученые предположили, что атмосферные ионные реактивные двигатели крайне неэффективны: требуют огромное количество электроэнергии при не очень большой тяге.

Тем не менее, расчеты и эксперименты специалистов MIT показали, что в определенных условиях ионные двигатели могут быть гораздо более эффективным источником тяги, чем обычные реактивные двигатели. В своих экспериментах они обнаружили, что ионный ветер может выдавать до 110 ньютонов тяги на киловатт, по сравнению с 2 ньютонами на киловатт у обычного реактивного двигателя. Таким образом ионный ветер эффективно использоваться на некоторых типах летательных аппаратов, прежде всего на небольших легких самолетах. При этом ионные двигатели практически бесшумны и невидимы в инфракрасном диапазоне, поскольку не выделяют гигантское количество тепла, как традиционные реактивные.

В MIT разработали базовый дизайн эффективного ионного двигателя. Установка для производства ионного ветра состоит из трех частей: очень тонкий медный электрод (эмитент), толстая трубка из алюминия (коллектор) и воздушный зазор между ними. Вся конструкция собрана на легкой раме, в которой проложены провода для подключения коллектора и эмитента к источнику электропитания. При подаче напряжения градиент поля "вырывает" электроны из соседних молекул воздуха и ионизированные молекулы сильно отталкивается от эмитента и притягиваются к коллектору. При этом облако ионов захватывает окружающие нейтральные молекулы воздуха и создает реактивную тягу.

Наибольшую эффективность ионный двигатель показал при низкой скорости воздушной струи. Другими словами, ионный ветер лучше использовать для медленного движения большого количества воздуха, а не разгонять небольшие объемы до сверхзвуковых скоростей. Это означает, что оптимальнее всего применять ионный двигатель на медленных самолетах, у которых воздухозаборники для ионного ветра будут располагаться фактически по всей поверхности. Это сразу наводит на мысль о малозаметных беспилотных самолетах-разведчиках с большим размахом крыльев.

Расчеты MIT показывают высокие требования ионного двигателя к напряжению: для небольшого самолета понадобится источник энергии, выдающий сотни или даже тысячи киловольт. Напряжения должны быть огромные, но в MIT полагают, что их можно получить от сверхлегких солнечных панелей и топливных элементов.

<< Назад: HBA-плата HighPoint Rocket 750 подключает до 40 SATA 3.0 HD 15.04.2013

>> Вперед: Генетический аналог транзистора 14.04.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

LG и Prime Video: студияная версия кинематографа 31.07.2026

Современные телевизоры предлагают множество режимов изображения, которые автоматически корректируют цвета, контраст и резкость. Однако создатели фильмов часто жалуются, что дополнительная обработка искажает их замысел. Новая функция, появившаяся на телевизорах LG, пытается решить эту проблему, передавая контроль над настройками непосредственно студии. LG и Prime Video запустили режим "Оригинал автора" - первую настройку изображения, которой управляет сама студия. Он доступен только на OLED evo 2026 модельного года. LG Electronics и Prime Video объявили о совместной инициативе, приуроченной к стриминговой премьере фильма "Властелины Вселенной". В рамках сотрудничества на телевизорах компании появились две новые функции - режим изображения "Оригинал автора" и голосовая команда для пульта Magic Remote. Ключевая новинка - режим "Оригинал автора", который в LG называют первым в области настройки изображения для стримингового контента. Его отличие от распространенного FILMMAKER MODE за ...>>

Астронавты на Марсе не смогут выжить даже в скафандрах 30.07.2026

Высадка людей на Марс остается одной из самых амбициозных целей космических агентств. Красная планета лишена пригодной для дыхания атмосферы и подвергается высокому уровню солнечной радиации, поэтому астронавты смогут находиться на ее поверхности только в специальных скафандрах. Однако новые исследования показывают, что даже самые современные космические костюмы могут оказаться непригодными для работы в условиях марсианской гравитации. По результатам испытаний стало ясно, что новые скафандры NASA не подходят для использования астронавтами на Красной планете. На Марсе отсутствует воздух, пригодный для дыхания, а также наблюдается высокий уровень солнечной радиации. Это лишь некоторые из многих факторов, которые усложнят нахождение людей на поверхности. Современные скафандры не рассчитаны на марсианскую гравитацию, составляющую примерно 38 процентов земной. Новейшее поколение костюмов просто слишком тяжелое для использования на Марсе, пишет Phys. Новая серия скафандров, которую раз ...>>

Случайная новость из Архива Гибкие тонкие аккумуляторы на основе фторида никеля 07.05.2014 Джеймс Тур (James Tour) и его коллеги-учёные из Лаборатории Университета Райс разработали гибкий и сверхтонкий аккумулятор, состоящий из нанопористых никель-фторидовых электродов, которые слоями "окутывают" электролит. Представленная ими модель электрохимического конденсатора обладает толщиной, равной всего 0,025 см, однако в дальнейшем может быть легко отмасштабирована в зависимости от цели использования. Для этого будет необходимо или добавление новых слоёв или же увеличение их текущих размеров. Во время тестирования студентами Университета Райс была проверена на практике работа гибкой батареи-пластины. Небольшое по своим размерам устройство успешно справилось с циклом из 10 тыс. зарядов и разрядов, в конечном итоге потеряв 24 % своей заявленной перед испытанием ёмкости. Аккумулятор также прошёл проверку на 1000 циклов изгиба. Конечно, столь тонкие аккумуляторные батареи пытались разработать и ранее, однако их ёмкость на момент появления оставляла желать лучшего, демонстрируя значительно худшие результаты в сравнении с классическими литий-ионными батареями. "Использовавшиеся ранее материалы для создания батарей с большой ёмкостью были весьма хрупкими по своей природе, поэтому нам, как специалистам, оказалось по-настоящему трудно найти подходящую комбинацию элементов для создания именно гибкого аккумулятора с соответствующими всем современным стандартам характеристиками. В распоряжении Лаборатории имелись гибкие системы хранения заряда, выполненные на углеродных нанотрубках, однако нами был выбран именно фторид никеля как более перспективный материал с большим потенциалом. К тому же, если проводить аналогию с привычными литий-ионными батареями, то структура разработанного аккумулятора имеет достаточно простое строение и отвечает требованиям безопасной эксплуатации. Сама же система является как привычным для пользователей мобильных устройств аккумулятором, так одновременно и суперконденсатором. Всё это даёт возможность заряжать и разряжать гибкую тонкоплёночную батарею на основе фторида никеля с достаточно высокой скоростью и при большом токе, затрачивая на это максимально короткий промежуток времени. Но если необходимо использовать батарею в качестве стандартного аккумулятора для мобильной электроники, то система способна заряжаться и разряжаться гораздо медленнее", - рассказал в интервью один из участников проекта. Чтобы создать суперконденсатор, учёные нанесли на специальную подложку слой фторида никеля толщиной 900-нм со специальными 5-нм порами-отверстиями. После подложка была удалена, а применённый в конструкции в виде раствора гидроксида калия в поливиниловом спирту электролит был "зажат" в единую структуру пластинами-электродами с обеих сторон. В результате этого специалисты из Лаборатории сумели избежать появления потенциальных признаков деформации созданной гибкой структуры, а студенты на практике подтвердили предположение о надёжности разработки после завершённого этапа тестирования. Всё описанное выше - это чрезвычайно надёжная, ёмкая система, которая в свою очередь является максимально простой, чтобы создать очень мощные аккумуляторные системы. Некоторые компании уже успели проявить интерес для дальнейшей коммерциализации проекта, приоритетным направлением которого может стать использование подобных нанобатарей в портативной электронике и набирающих популярность носимых гаджетах, вроде умных часов и медицинских браслетов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026