Jonowy lepszy od odrzutowego 4 kwietnia 2013, 11:45 | Technologia

wiatr jonowy · ciąg elektrohydrodynamiczny · silnik · samolot

Zjawisko ciągu elektrohydrodynamicznego znane jest od lat 60. ubiegłego wieku. Pojawia się ono w postaci "wiatru jonowego" gdy pomiędzy dwiema elektrodami przepływa prąd. Wówczas w oddzielającym je powietrzu pojawia się wspomniany wiatr.
 Od 50 lat "wiatrem jonowym" interesują się głównie amatorzy, ktĂłrzy umieszczają w internecie filmy prezentujące lekkie obiekty latające, ktĂłre unoszą się w powietrzu i latają tym sprawniej im większe napięcie jest podawane. Prowadzono niewiele badań naukowych, a niektĂłrzy uczeni spekuklowali, Ĺźe teoretyczne silniki jonowe byłyby bardzo nieefektywne, gdyĹź wymagałyby olbrzymich ilości energii.
 Uczeni z MIT-u przeprowadzili swoje własne badania i stwierdzili, Ĺźe silnik jonowy byłby znacznie bardziej efektywny od obecnie wykorzystywanych silnikĂłw odrzutowych. Naukowcy odkryli, Ĺźe "wiatr jonowy" generuje 110 newtonĂłw ciągu na kaĹźdy kilowat energii. Współczesny silnik odrzutowy generuje jedynie 2 newtony na kilowat.
 Profesor Steven Barrett z MIT-u uwaĹźa, Ĺźe silniki jonowe byłyby idealnym rozwiązaniem dla lekkich pojazdĂłw latających. Są wydajne, ciche i niewidoczne w podczerwieni. WyobraĹşmy sobie całą gamę rozwiązań z dziedziny wojskowości czy bezpieczeństwa opierających się na cichym napędzie, ktĂłry nie daje Ĺźadnego sygnału w podczerwieni - mĂłwi uczony.
 Podstawowy napęd jonowy składa się z bardzo cienkiej elektrody miedzianej, grubszej tuby aluminiowej i znajdującego się pomiędzy nimi powietrza. Po podaniu napięcia do elektrody, gradient pola elektrycznego powoduje, Ĺźe dochodzi do jonizacji molekuł powietrza. Molekuły są silnie przyciągane przez aluminiową tubę. Gdy się poruszają, uderzają w obojętne molekuły i je popychają, tworząc "wiatr jonowy". Badania uczonych z MIT-u wykazały, Ĺźe taki system jest najbardziej efektywny przy wytwarzaniu niewielkiego ciągu. Przy szybko poruszającym się "wietrze jonowym" mamy do czynienia z olbrzymimi stratami energii kinetycznej. Całość działa najbardziej efektywnie przy najwolniejszym moĹźliwym do uzyskania "wietrze", ktĂłry jednak jest wystarczający, by uzyskać ciąg odpowiedni do napędzenia pojazdu.
 Profesor Barret mĂłwi, Ĺźe wspomniana technologia ma jedną powaĹźną wadę. Napęd jonowy zaleĹźy od "wiatru" powstającego pomiędzy elektrodami. Im większa odległość między nimi, tym większy ciąg. Uniesienie niewielkiego samolotu i jego ĹşrĂłdła energii wymaga duĹźej odległości pomiędzy elektrodami. Druga wada to konieczność zapewnienia duĹźego napięcia przy starcie. Uczony szacuje, Ĺźe niewielki samolot niosący na pokładzie instrumenty oraz ĹşrĂłdło zasilania będzie potrzebował setek lub tysięcy kilowoltĂłw.
 Wady te nie przekreślają napędu jonowego. Ned Allen, główny naukowiec Lockheed Martin mĂłwi, Ĺźe napęd ten ma tyle zalet, Ĺźe jego firma jest nim zainteresowana.


Autor: Mariusz Błoński

Źródło: MIT http://kopalniawiedzy.pl/wiatr-jonowy-ciag-elektrohydrodynamiczny-silnik-samolot,17841

mcmlxxi.xi.xi@gmail.com wrote:

generuje 110 newtonów ciągu na każdy kilowat energii. Współczesny silnik
odrzutowy generuje jedynie 2 newtony na kilowat.
 

W powyższym jest jakiś ewidentny błąd. Małe samoloty mają silniki o mocach rzędu kilkudziesięciu kilowatów. Sto czy dwieście newtonów, to bez wątpienia za mało, aby je napędzać. A chyba silnik odrzutowy nie ma sprawności drastycznie odbiegającej od śmigła?

Delfino Delphis wrote:

mcmlxxi.xi.xi@gmail.com wrote:

generuje 110 newtonów ciągu na każdy kilowat energii. Współczesny silnik
odrzutowy generuje jedynie 2 newtony na kilowat.
 

W powyższym jest jakiś ewidentny błąd. Małe samoloty mają silniki o mocach
rzędu kilkudziesięciu kilowatów. Sto czy dwieście newtonów, to bez
wątpienia za mało, aby je napędzać. A chyba silnik odrzutowy nie ma
sprawności drastycznie odbiegającej od śmigła?

Pamiętaj, moc = siła * prędkość. Jednostka napędowa może dawać duży ciąg,
ale przy małej prędkości wylotowej - nie da rady rozpędzić samolotu do
sensownej prędkości. Coś jak np. wirnik nośny śmigłowca.

On Sunday, April 7, 2013 2:28:27 PM UTC-4, Krzysiek wrote:

Pamiętaj, moc = siła * prędkość. Jednostka napędowa może dawać duży ciąg,
ale przy małej prędkości wylotowej - nie da rady rozpędzić samolotu do
sensownej prędkości. Coś jak np. wirnik nośny śmigłowca.

No dobrze, troche inny przyklad; rakieta napedzana zwyklym silnikiem chemicznym
o predkosci wylotowej gazow ok. Mach 2.5 (liczonej dla tych gazow w dyszy),
rozpedza sie do 7.9km/s.

Przyklad smiglowca nie jest najszczesliwszy, bo ograniczenia predkosci
wynikaja z samej jego konstrukcji; np. przekracznanie pred. dzwieku przez
nacierajaca lopate i przeciagniecie powracajacej lopaty.

Z tymi predkosciami to istnieje pewien "myk", pozwalajacy np. zaglowkom
plynac szybciej od wiatru. No i pytanie zasadnicze: ile wynosi "sensowna
predkosc"? :-)

cheers

TJ_Blues wrote:

On Sunday, April 7, 2013 2:28:27 PM UTC-4, Krzysiek wrote:

Pamiętaj, moc = siła * prędkość. Jednostka napędowa może dawać duży ciąg,
ale przy małej prędkości wylotowej - nie da rady rozpędzić samolotu do
sensownej prędkości. Coś jak np. wirnik nośny śmigłowca.

No dobrze, troche inny przyklad; rakieta napedzana zwyklym silnikiem
chemicznym o predkosci wylotowej gazow ok. Mach 2.5 (liczonej dla tych
gazow w dyszy), rozpedza sie do 7.9km/s.

Ale rakieta rozpędza też paliwo i utleniacz. Silnik lotniczy działa w powietrzu - w czasie lotu to powietrze ma już jakąś prędkość początkową, silnik musi nadać mu jeszcze większą. Np. rozpędzenie od 100 do 200 pochłania więcej energii niż od 0 do 100. 3 razy więcej.

Przyklad smiglowca nie jest najszczesliwszy, bo ograniczenia predkosci
wynikaja z samej jego konstrukcji; np. przekracznanie pred. dzwieku przez
nacierajaca lopate i przeciagniecie powracajacej lopaty.

Oczywiście nie chodzi mi o poziomy napęd, a o uzyskanie dużego ciągu przy w miarę niedużej mocy.

Użytkownik "Krzysztof Rudnik" <rudnik@kki.net.pl> napisał w wiadomości news:kjtj7v$loq$1node1.news.atman.pl...

TJ_Blues wrote:

Oczywiście nie chodzi mi o poziomy napęd, a o uzyskanie dużego ciągu przy w
miarę niedużej mocy.

Ten warunek spełnić mogą silniki o wysokiej sprawności napędowej.
Taki silnik wykorzystuje dużą masę czynnika roboczego przy
małej prędkosci wypływu.

Wszystkie napędy o niepotrzebnie wysokiej prędkości wylotowej
czynnika roboczego w stosunku do prędkosci napędzanego obiektu
(typowy przykład to rolniczy odrzutowiec M-15) są niskosprawne napędowo.
T.