Ученые испытали модель самолета-ионолета

Ученые из Массачусетского технологического института провели первые летные испытания модели самолета-ионолета, в котором для обеспечения потребной тяги используется явление ионного ветра, иначе называемое эффектом Бифельда — Брауна. Об этом говорится в статье разработчиков, опубликованной в Nature. Во время испытаний самолет с помощью ионной тяги пролетел около 60 метров на высоте 47 сантиметров от пола. Запуск летательного аппарата производился с помощью катапульты.

Явление ионного ветра характеризуется образованием потока ионизированного воздуха между двумя разнесенными друг от друга электродами, на которые подается высокое напряжение в десятки киловольт. Ранее некоторые исследователи предлагали возможные конструкции летательных аппаратов, которые бы использовали явление ионного ветра, однако эти проекты были закрыты. Считается, что двигатели, использующие эффект Бифельда — Брауна, не могут обеспечить большую тягу.

В реальности были сделаны несколько экспериментальных летательных аппаратов, названных лифтерами или ионолетами. Они представляют собой легкий корпус в виде многоугольника, обычно треугольника, на котором расположены один электрод в виде медной проволоки и второй в виде ленты фольги. Такие аппараты могут подниматься вертикально, но совершенно неуправляемы. Собрать лифтер можно самостоятельно в домашних условиях.

Модель самолета-ионолета, сделанная американскими учеными, выполнена по схеме высокоплана. Под консолями крыла исследователи установили по четыре горизонтальные пары электродов, благодаря которым и возникает явление ионного ветра. По данным ученых, двигатель такой конструкции обеспечивает тягу в три ньютона (около 306 граммов-силы). Потребляемая мощность силовой установки составляет 500 ватт. Самолет имеет размах крыла пять метров и массу 2,45 килограмма.

Самолет получил аккумуляторную сборку из литий-полимерных батарей, способную выдавать напряжение от 160 до 225 вольт. Постоянный ток от сборки преобразуется в переменный высокой частоты с помощью резонансного инвертора с обратной связью. Затем переменный ток поступает на повышающий трансформатор с соотношением 1 к 15, а после него — на генератор Кокрофта — Уолтона. Последний представляет собой двухполупериодный умножитель напряжения на шести диодных мостах и 18 конденсаторах. На его выходе формируется напряжение в 40 киловольт.

Напряжение с выхода умножителя подается на электроды под крылом и через резистивный делитель — на вход обратной связи резонансного инвертора. Разработчики утверждают, что все преобразователи и трансформаторы были спроектированы ими с нуля и собраны вручную, благодаря чему удалось добиться существенного уменьшения их массы по сравнению с готовыми такими схемами. В итоге отношение мощности к массе у энергетической установки составляет 1,2 киловатта на килограмм, а тяги — 6,2 ньютона на килограмм.

С учетом полученных учеными результатов можно вычислить тяговооруженность модели самолета-ионолета, которая составляет 0,12. Для сравнения, тяговооруженность стратегического бомбардировщика Ту-160 составляет 0,37. Во время испытаний исследователи сначала с помощью катапульты запускали модель самолета с выключенным двигателем. Дальность планирования модели составила в среднем десять метров. Затем была проведена серия запусков с включенным двигателем. Средняя дальность полета модели составила 45 метров, а максимальная — 60. Запуски производились в помещении.

Ученые полагают, что мнение о том, что двигатели, построенные на явлении ионного ветра, не могут обеспечивать потребную тягу для больших летательных аппаратов, ошибочно. Исследователи полагают, что совершенствование конструкции двигателей позволит создавать мощные силовые установки, которые по сравнению с современными авиационными двигателями будут более экологичными и экономичными. В частности, их нужно будет реже ремонтировать, поскольку такие двигатели лишены подвижных частей.

В октябре прошлого года китайская корпорация CSIC провела первые успешные испытания прототипа магнитогидродинамического двигателя, «тихого» движителя без подвижных частей для перспективных подводных лодок. Испытания установки проводились на корабле, приписанном к порту в Санье в провинции Хайнань и были признаны успешными. Простая конструкция магнитогидродинамического двигателя представляет собой канал, по которому движется жидкость, и расположенные по его сторонам электромагниты. На магниты подается напряжение, и возникает магнитное поле, провоцирующее появление в жидкой среде движущей силы.

Согласно заявлению CSIC, во время испытаний корабль с новой установкой смог достичь расчетной скорости. На каком именно корабле проводились испытания и какой конкретно скорости он смог достичь, не раскрывается. Также не уточняется, был ли опытовый корабль подводным или надводным.

Василий Сычёв