《自然》雜誌21日發表了一項可能將顛覆未來的航空業最新成果。美國麻省理工學院團隊研發了一款由離子風驅動的小型無人機，並試飛成功，
這架無人機發動機沒有渦輪葉片，無需燃料，幾乎不會產生噪音。
研究團隊在《自然》雜誌上介紹這款小型無人機的工作原理：
一直以來，飛行器的動力來自帶有活動部件的發動機，例如推進器或渦輪機，並且通常依靠化石燃料燃燒。有人提出採用電空氣動力學裝置——通過電力加速流體中的離子以形成離子風來產生推力，作為推進飛行器的一種替代方法。但是，之前沒有這樣的飛機飛行過。此次，麻省理工的科學家Steven Barrett及其同事，設計了一架帶有電空氣動力推進系統的小型固定翼飛機，並進行了試飛。
也就是說普通飛機的發動機就像個大號的吹風機，旋轉的風扇不斷把空氣吹向後方，為機翼提供升力。離子發動機也是靠吹風，不過它沒有“風扇”，而是靠電場造出的“離子風”。這種現象在生活中很常見，我們插電時冒出的電火花就是空氣被電離造成的。該飛機重2.45千克，翼展5米，依靠定製系統提供動力。定製動力系統包含一個電池組和高壓電源轉換器，輸出功率約500瓦。
在10次試飛中，飛機在室內空間成功飛行了60米，平均飛行高度為0.47米。
儘管整體效率較低，但是其推功比與傳統推進系統（如噴氣發動機）相當。研究人員報告說，這種特殊的飛機設計優先考慮的是小機型而不是高效率，但未來的設計可以提高效率。在隨附的新聞與觀點文章中，法國圖盧茲大學科學家總結表示，該電空氣動力學推進飛機的初始試飛與活動部件推進飛機的早期飛行相比，可謂略勝一籌。機翼前端由細金屬絲組成的陣列可以發出 4 萬伏的高壓，使空氣發生電離，電離形成的正電荷在被帶負電荷的接收器吸引過程中，與空氣分子發生碰撞，產生的空氣流就作為無人機的動力。
4萬伏的高壓
電壓越高，離子被加速得越快。 Barrett教授的團隊使用了54節3.7伏鋰聚合物電池，大約能提供200伏特的電壓。但這點電壓還是太低了。為此，他們設計了一種能夠將電池輸出轉換為高壓電來推動飛機的電源。 通過這種方式，電池最終將輸出4萬伏的高壓。
把200伏直流電變成4萬伏高壓電，需要幾步？
- 逆變器：把直流電轉換成500~700千赫茲的交流電；
- 變壓器：把低壓交流電轉化為高壓交流電，實驗中使用的是1:15倍升壓，將電壓升至7千伏；
- 電壓倍增器：把交流電轉變成更高電壓的直流電，從7千伏交流電變成4萬伏直流電。
經過這三步產生的電壓可以放出巨大的電火花
有了4萬伏高壓，我們就可以用它來電離空氣了。
一旦給導線通上電，強大的電場就會讓正極吸引周圍的氮氣分子，把電子從氮氣分子上剝離出來，就像巨大的磁鐵吸引鐵屑一樣。本來中性的氮氣分子在失去電子後，變成了帶正電的離子。
被電離的氮氣氣分子又被吸引到帶負電的電極，在趕去負極的路上，氮離子又會撞上其他氮氣分子，把它們變成正離子，就好像“雪崩”一樣。
正離子在高電壓作用下飛向飛機尾部，形成一種離子組成的“風”。
在這個過程中，每個離子與其他空氣分子碰撞數百萬次，產生推動飛機前進的推力。
這種動力叫做離子風，也叫電空氣動力。
電空氣動力，其實在不少領域已經開始應用。蘋果在 2012 年就曾申請過一個與離子風有關的專利，希望將離子風技術用於筆記本電腦的散熱系統，以取代傳統的機械風扇。
麻省理工學院航空航天副教授Steven Barrett說：“這是有史以來第一個推進系統沒有活動部件的飛機。”這種飛機更安靜，機械構造更簡單，並且不會排放燃燒物。
當然，不是常規引擎的離子引擎，其推力和效率過低的緣故，距離它的實用化還有一段路程，但或許正如115年前的萊特兄弟，這次飛行可能將顛覆未來的航空業。
麻省理工學院的研究成果讓我們重新看到了離子風驅動飛機的可能性，Steven Barrett 表示，他是從科幻電影《星際迷航》中的飛船得到了靈感。
也許，在未來飛機將不再有螺旋槳和渦輪發動機，它們應該像《星際迷航》中的飛船，散發著藍色的光芒，默默地滑行。
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