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Un avión sin partes móviles impulsado por viento iónico

A diferencia de los aviones propulsados por turbinas, el avión no depende de los combustibles fósiles para volar. Y a diferencia de los drones propulsados por hélices, el nuevo diseño es completamente silencioso.

Enviado por: INNOVAticias.com / Red / Agencias, 23/11/2018, 22:09 h | (49) veces leída

Ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT),han construido y hecho volar un avión sin partes móviles. En lugar de hélices o turbinas, la avioneta es impulsada por un 'viento iónico'. Dicho sistema de propulsión consiste en un flujo silencioso pero poderoso de iones que se produce a bordo del avión y que genera suficiente empuje para impulsar el avión en un vuelo sostenido y constante.

A diferencia de los aviones propulsados por turbinas, el avión no depende de los combustibles fósiles para volar. Y a diferencia de los drones propulsados por hélices, el nuevo diseño es completamente silencioso. "Este es el primer vuelo mantenido de un avión sin partes móviles en el sistema de propulsión --afirma Steven Barrett, profesor asociado de Aeronáutica y Astronáutica en el MIT--. Esto potencialmente abre nuevas e inexploradas posibilidades para las aeronaves que son más silenciosas, mecánicamente más simples y no emiten emisiones de combustión".

Este investigador espera que, en el corto plazo, se puedan emplear estos sistemas de propulsión de viento iónico para hacer volar drones menos ruidosos. Además, prevé el uso de la propulsión iónica junto con sistemas de combustión más convencionales para crear aviones de pasajeros híbridos más eficientes en cuanto al combustible y otras aeronaves grandes, como señala en un artículo sobre el trabajo publicado en la revista 'Nature'.

Barrett dice que la inspiración para el avión iónico del equipo proviene en parte de la serie de películas y televisión 'Star Trek', que él veía con avidez cuando era niño. Se sintió especialmente atraído por las lanzaderas futuristas que se movían sin esfuerzo por el aire, aparentemente sin partes móviles y casi sin ruido ni escape. "Esto me hizo pensar que, en el futuro a largo plazo, los aviones no deberían tener hélices ni turbinas --apunta Barrett--. Deberían ser más como las lanzaderas en 'Star Trek', que tienen solo un brillo azul y se deslizan en silencio".

Hace unos nueve años, Barrett comenzó a buscar formas de diseñar un sistema de propulsión para aviones sin partes móviles. Finalmente se topó con el "viento iónico", también conocido como empuje electroaerodinámico, un principio físico que se identificó por primera vez en la década de 1920 y describe un viento, o empuje, que puede producirse cuando se pasa una corriente entre un electrodo delgado y uno grueso. Si se aplica suficiente voltaje, el aire entre los electrodos puede generar el empuje necesario para impulsar un avión pequeño.

Durante años, el empuje electroaerodinámico ha sido principalmente el proyecto de un aficionado, y los diseños se han limitado en su mayor parte a "elevadores" pequeños atados a grandes suministros de voltaje que crean el viento suficiente para que una pequeña embarcación pueda volar brevemente en el aire. Se asumió en gran parte que sería imposible producir suficiente viento iónico para impulsar un avión más grande en un vuelo sostenido.

"Fue una noche de insomnio en un hotel cuando tuve un desfase horario, y estaba pensando en esto y empecé a buscar formas de hacerlo --recuerda--. Hice algunos cálculos en la parte posterior de un sobre y descubrí que, sí, podría convertirse en un sistema de propulsión viable. Y resultó que se necesitaron muchos años de trabajo para pasar de eso a un primer vuelo de prueba".

UN GRAN PLANEADOR LIVIANO

El diseño final del equipo se parece a un planeador grande y liviano. El avión, que pesa alrededor de 2,27 kilogramos y tiene una envergadura de 5 metros, lleva una serie de alambres delgados, que están colgados como cercas horizontales a lo largo y debajo del extremo delantero del ala del avión. Los cables actúan como electrodos cargados positivamente, mientras que a lo largo del extremo posterior del avión hay cables más gruesos dispuestos de manera similar, que sirven como electrodos negativos.

El fuselaje del avión tiene una pila de baterías de polímero de litio. El equipo de Barrett que realizó el avión de iones incluyó a miembros del Grupo de Investigación de Electrónica de Potencia del profesor David Perreault, en el Laboratorio de Investigación de Electrónica, quien diseñó una fuente de alimentación que convierte la salida de las baterías en un voltaje suficientemente alto para impulsar el avión. De esta manera, las baterías suministran electricidad de 40.000 voltios para cargar positivamente los cables a través de un convertidor de potencia liviano.

Una vez que los cables tienen energía, actúan para atraer y quitar los electrones cargados negativamente de las moléculas de aire circundantes, como un imán gigante que atrae limaduras de hierro. Las moléculas de aire que quedan atrás son ionizadas y, a su vez, atraídas por los electrodos cargados negativamente en la parte posterior del avión. A medida que la nube de iones recién formada fluye hacia los cables cargados negativamente, cada ión choca millones de veces con otras moléculas de aire, creando un empuje que impulsa el avión hacia adelante.

El equipo, que también incluía al equipo del Laboratorio Lincoln Thomas Sebastian y Mark Woolston, volaron el avión en varios vuelos de prueba a través del gimnasio en el Centro Atlético duPont del MIT, el espacio interior más grande que pudieron encontrar para realizar sus experimentos. El equipo voló el avión una distancia de 60 metros (la distancia máxima dentro del gimnasio) y vio que el avión produjo suficiente empuje iónico para mantener el vuelo todo el tiempo. Repitieron el vuelo diez veces, con un rendimiento similar.

"Este fue el avión más simple posible que pudimos diseñar y que pudo mostrar el concepto de que un avión iónico podría volar --dice Barrett--. Todavía está lejos de un avión que pueda realizar una misión útil. Debe ser más eficiente, volar por más tiempo y volar fuera".

El equipo de Barrett está trabajando para aumentar la eficiencia de su diseño, para producir más viento iónico con menos voltaje; y también esperan incrementar la densidad de empuje del diseño, la cantidad de empuje generada por unidad de área. Actualmente, el vuelo del avión ligero del equipo requiere una gran área de electrodos, que esencialmente conforma el sistema de propulsión del avión.

A Barrett le gustaría diseñar un avión sin sistema de propulsión visible o con superficies de control separadas como timones y elevadores. "Llevó mucho tiempo llegar aquí --recuerda Barrett--. Pasar del principio básico a algo que realmente vuela fue un largo viaje de caracterización de la física, luego se nos ocurrió el diseño y funcionó. Ahora, las posibilidades para este tipo de sistema de propulsión son viables".





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