受《星际迷航》启发的固态飞机在没有移动部件的情况下起飞

发布的丽莎哈维，2018年12月10日

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维基百科可能不得不改变它对飞机的定义了。根据该网站，飞机是一种有动力的固定翼飞机，靠喷气发动机、螺旋桨或火箭发动机的推力向前推进。他们可能要重新考虑描述飞机动力的部分，因为麻省理工学院最近推出的受《星际迷航》启发的飞机不使用任何这些形式的推进。没有螺旋桨、火箭或喷气涡轮。这只是这架飞机“不”清单的开始:

没有化石燃料。
没有排放。
无噪音污染。

这架由麻省理工学院设计的新飞机翼展为5米(16.4英尺)，没有任何不理想的功能，因为它没有任何活动部件。是的，这是世界上第一架固态飞机。上个月，麻省理工学院的研究人员成功演示了它的飞行能力。

由离子风推动的麻省理工学院飞机的总体蓝图。该系统可用于推动小型无人机，甚至轻型飞机，作为化石燃料推进的替代品。图片来源:麻省理工学院电动飞机计划

“这是第一次在推进系统中没有移动部件的飞机持续飞行，”史蒂文·巴雷特说他是麻省理工学院航空航天副教授。“这为更安静、机械结构更简单、不排放燃烧废气的飞机开辟了新的、未开发的可能性。”

根据美国有线电视新闻网在美国，巴雷特从电视剧《星际迷航》(Star Trek)中找到了创作灵感，这部剧以宇宙飞船无声地在太空中滑行为特色。

飞行的延时图像，白色参考标记，水平间隔5米。图片来源:Barret et al。大自然。

离子风力推进

这架飞机由一个电池组提供动力，电池组将2万伏的电量应用到一排电线上，这些电线长5米，每根充电至-2万伏的电线后面都有翼型。这个电压类似于火花塞中产生火花的电压，但由于飞机的气隙是火花塞气隙的10倍以上，所以电流不会跳跃，也就是“火花”。相反，电压从空气中的氮分子中剥离电子，氮分子从电线中流过，穿过机翼。当离子与空气分子碰撞时，离子的流动产生了“离子驱动”，或离子风。离子风推动飞机。

这是第一架使用固体推进系统飞行的飞机。这项研究最近发表在杂志上自然．

Section a)显示了计算机生成的平面渲染图。Section b)是实际飞机的照片。c)节展示了高压功率变换器的结构。图片来源:Barret et al。大自然。

跟踪飞行轨迹

来自麻省理工学院的团队使用蹦极动力发射系统，在健身房飞行了10次。为了证明离子风推进系统是有效的，研究人员需要证明飞机的飞行不仅仅是由于弹弓启动，所以他们在电线和机翼上有电压的情况下，以及在没有动力的情况下，对飞机的飞行进行了测试。10次动力飞行的结果在下图b部分以蓝色显示。在每一次飞行中，飞机在前8秒上升，并飞行了50米或更多。没有动力的飞行从未达到10米的距离。无动力飞行用红色表示。多亏了离子风系统，飞机真的飞起来了!

Section a)跟踪单个航班。部分b)显示了有电和无电困境的计算机视觉跟踪结果。图片来源:Barret et al。大自然。

为了测量飞行，该团队创建了一个运动跟踪系统，使用三个GoPro摄像机垂直于体育馆的飞行路径。这架飞机有一个红色和一个绿色的LED灯，分别固定在一个塔和飞机的尾部。他们利用LED灯的图像在飞行过程中跟踪飞机。

使用MATLAB在每个图像帧上识别灯光计算机视觉工具箱．从相机输出的原始图像受到镜头失真，这是纠正使用图像处理工具箱．在上图的a)部分，红色和绿色LED灯的最终位置。

概念证明

这项研究表明离子推进是可行的。像任何第一次一样，还有更多的工作要做。但在我们在机场看到离子风飞机之前，我们可能会看到传统喷气式飞机使用这项技术来改善它们的运行，同时降低喷射噪音。根据《福布斯》“扩大到更大的载人飞机需要克服许多技术障碍，这可能需要几十年的时间，但离子驱动有可能在短期内与传统喷气发动机结合使用，以提高效率。”

提高喷气发动机的效率，更安静。我得说这是双赢。

看看这段视频，它展示了“比空气重”的固态飞机的首次飞行: