离子推进器在空气中产生有效的推进力

这种现象，称为电流体动力学推力-或更通俗地说，“离子风”-最早在20世纪60年代被发现。从那时起，离子风主要局限于科学公平项目和基础实验;业余爱好者已经发布了数百个关于建造“离子工艺”的操作视频-由轻木，铝箔和金属丝制成的轻型车辆-在升高的电压下抬起和悬停。

尽管有大量的爱好者信息，但很少有关于离子风作为可行推进系统的严格研究。一些研究人员推测，离子推进器如果用作喷射推进器，效率极低，需要大量电力才能产生足够的推力来推进车辆。

现在麻省理工学院的研究人员已经进行了自己的实验，发现离子推进器可能是比传统喷气发动机更有效的推进源。在他们的实验中，他们发现离子风每千瓦产生110牛顿的推力，而喷气发动机每千瓦2牛顿。该团队已将其成果发表在“皇家学会学报”上。

麻省理工学院航空航天助理教授StevenBarrett设想离子风可以用作小型轻型飞机的推进系统。除了它们相对较高的效率之外，离子推进器是静音的，并且在红外线中是不可见的，因为它们不发热-这是理想的特性，他说，对于监视车辆。

“你可以想象拥有一个没有红外线签名的静音推进系统的各种军事或安全优势，”巴雷特说，他与研究生KentoMasuyama共同撰写了这篇论文。

射击差距

基本的离子推进器由三部分组成：非常薄的铜电极，称为发射器;一根较厚的铝管，称为收集器;和它们之间的气隙。轻质框架通常支撑连接到电源的电线。当施加电压时，场梯度剥离附近空气分子的电子。这些新离子化的分子被电晕丝强烈排斥，并强烈地吸引到收集器上。随着这些离子云向收集器移动，它会与周围的中性空气分子碰撞，推动它们并产生风或推力。

为了测量离子推进器的效率，Barrett和Masuyama建立了一个类似的简单设置，并将该装置悬挂在悬浮的数字秤下。它们施加了数万伏特，产生足够的电流消耗，为白炽灯泡供电。他们改变了电极之间的距离，并在设备抬离地面时记录了推力。Barrett表示，该设备在产生较低推力方面效率最高-这是一种理想的，尽管是违反直觉的结果。

“这有点令人惊讶，但是如果你有一架高速喷气式飞机，那么就会留下一堆浪费的动能，”巴雷特解释道。“所以你想要尽可能低速喷射，同时仍能产生足够的推力。”他补充说，离子风是在大面积上产生低速射流的好方法。

升空

Barrett承认离子风推进存在一个很大的障碍：推力密度，或每个给定区域产生的推力量。离子推进器取决于电极之间产生的风;电极之间的空间越大，产生的推力越大。这意味着提升小型飞机并且其电力供应将需要非常大的气隙。巴雷特设想飞机的电动推进器-如果它们起作用-将包含整个车辆。

另一个缺点是让车辆离地所需的电压：小巧轻便的轻木型号需要几千伏。Barrett估计，带有车载仪表和电源的小型船只需要数百或数千千伏。

“电压可能变得很大，”巴雷特说。“但我认为这是一个可能解决的挑战。”例如，他说电力可能由轻型太阳能电池板或燃料电池供电。Barrett说离子推进器也可能在更安静的笔记本电脑冷却系统中发挥作用。

“效率可能是推动飞机设计的首要因素，”巴雷特说。“[离子推进器]在它们有效的情况下是可行的。仍然没有答案，但因为它们看起来非常有效，所以绝对值得进一步研究。

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