这不是科幻小说，离子引擎飞机真的被造出来了！

  “曲率引擎”、“离子引擎”等等冲动人心的科幻名词，正在走进理想。

  最近MIT又重新创造了飞机，实验效果登上了《自然》杂志封面。

  这架飞机翼展5米，总分量仅2.5公斤，甚至连一个行李箱的分量都不到，飞行高度也只要1米左右。但它却是人类历史上第一架由离子引擎推进的飞机。

  麻省理工学院航空航天副教授Steven Barrett说：“这是有史以来第一个推进零碎没有活动部件的飞机。”

  “这种飞机更安静，机械结构更复杂，并且不会排放熄灭物。”

  这架飞机终究有何过人之处？它是一台纯固态发起机飞机：没有旋转部件，全靠一个叫“离子引擎”的东西驱动。

  没有风扇，全靠电池

  离子引擎和涡轮风扇发起机有何不同？

  普通飞机的发起机看起来就像是一个大号的吹风机，旋转的风扇不时把空气吹向前方，为机翼提供升力。

  离子发起机也是靠吹风，不过它没有“风扇”，而是靠电场造出的“离子风”。

  这种景象在生活中很罕见，我们插电时冒出的电火花就是空气被电离形成的。

  电压越高，离子被减速得越快。 Barrett教授的团队运用了54节3.7伏锂聚合物电池，大约能提供200伏特的电压。但这点电压关于离子引擎来说还是太低了。

  为此，他们设计了一种可以将电池输入转换为高压电来推进飞机的电源。 经过这种方式，电池最终将输入4万伏的高压。

  把200伏直流电变成4万伏高压电，需求几步？

  逆变器：把直流电转换成500~700千赫兹的交流电；

  变压器：把高压交流电转化为高压交流电，实验中运用的是1:15倍升压，将电压升至7千伏；

  电压倍增器：把交流电转变成更高电压的直流电，从7千伏交流电变成4万伏直流电。

  经过这三步发生的电压可以放出宏大的电火花，你甚至可以用它医治网瘾（大误）。

  也许你会问，为什么要把直流变成交流，然后再转换成直流呢？这是一个很风趣成绩，100年前的特斯拉和爱迪生也为这件事争论过，后来特斯拉赢了。

  有了4万伏高压，我们就可以用它来电离空气了。

  一旦给导线通上电，弱小的电场就会让正极吸引四周的氮气分子，把电子从氮气分子上剥离出来，就像宏大的磁铁吸引铁屑一样。原本中性的氮气分子在得到电子后，变成了带正电的离子。

  △一个分子撞击多个分子，dai'odaida招致雪崩式电离

  被电离的氮气气分子又被吸引到带负电的电极，在赶去负极的路上，氮离子又会撞上其他氮气分子，把它们变成正离子，就仿佛“雪崩”一样。

  正离子在高电压作用下飞向飞机尾部，构成一种离子组成的“风”。

  在这个进程中，每个离子与其他空气分子碰撞数百万次，发生推进飞机行进的推力。

  古代版莱特兄弟

  在MIT的一座室内体育馆，Barrett教授的团队展开了他的实验。

  飞机以大约5米/秒速度颠簸飞行了60米，直至撞上墙壁。研讨者共停止了10次测试，飞机在每次测试中都有波动的表现。时期没有动力耗尽的迹象，也没有乐音。

  发起机提供了3.2牛顿的力，大约相当于提起6个鸡蛋的分量。

  经过推算，离子引擎大约让飞机上升了0.47米。

  觉得就像是莱特兄弟第一次成功试飞的实验。

  但这项技术不该被讪笑，就像现在莱特兄弟的实验一样。

  高效无净化的离子引擎

  “想象一下，10年或20年后，无人机将无处不在，这意味着我们耳边将全是无人机的乐音。而我们，能让它们变安静。”Barrett教授说。

  在这样的飞机上，你不再需求降噪耳机。

  如今每天在空中飞行的客机都会排缩小量温室气体。普通的国际航班一次飞行需求添加数吨燃油，最终这些燃油将变成二氧二碳被排放到空气中。

  而离子引擎不需求燃料，不会排放净化物，是一种清洁动力。几乎可以说是“飞机中的特斯拉”。

  此外，离子引擎的“比冲”极高。比冲就是发起机的效率，可以了解为单位分量“燃料”让飞船取得的速度。

  燃料从发起机尾部喷出的速度越快，比冲越大，飞机耗费的燃料就越少。

  离子虽然没有熄灭，但是在弱小电场的作用下，“燃料”却会以每秒1万米的速度喷出。

  在《火星救援》中，马特·达蒙一帮宇航员乘坐的飞船就运用了离子引擎，一开端引擎的力气很小，但是在无空气阻力的太空中，经过终年累月的减速，飞船将到达十分惊人的速度。而且它的效率是普通火箭发起机效率的10倍以上！

  适用化成绩

  这项技术如此弱小，甚至早在上世纪20年代前就被研讨过，为何迟迟无法商用化？

  次要有以下几点缘由：

  离子引擎的推力太低，之前提到过它只能带起2.5kg的飞机，甚至还不到一个乘客收费托运转李的分量。因而NASA只能首先把它用在微重力、无空气阻力的太空。

  △用于宇宙飞船的离子推进器

  “充电2小时，飞行1分钟”。这台飞机引擎的输出功率是600瓦，54节锂电池大约只能供电90秒。

  效率太低。输出功率600瓦，输入功率只要15瓦。MIT这架飞机最终实测效率仅2.5%左右，假如不处理效率成绩，将难以适用化。

  Barrett教授并不梦想“离子引擎”飞机很快就能用上。

  他估计，在短期内，这种离子风推进零碎可用于飞行工夫较短的无人机，防止恼人的螺旋桨噪声成绩。

  他还想象，离子引擎可以和燃油发起机配合，以发明更省油的混合动力客机和其他大型飞机。

  或许正如115年前的莱特兄弟，这次飞行能够将推翻将来的航空业。

  这篇Nature论文就在这里：

  https://www.nature.com/articles/s41586-018-0707-9

  One More Thing

  有冤家问：没有风扇的引擎能不能用来做无风扇吹风机，特地推翻一下戴森？

  风力是足够了，但也附赠了4万伏的高压。

来源：飞机E族，原载地址：http://www.feijizu.com/news/20181126/44083.html欢迎分享本文！