Avião sem partes móveis

Mecânica: Avião sem partes móveis

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/12/2018

As baterias ficam na parte ovalada frontal, com as "cercas" de fios dispostas em duas linhas no corpo da fuselagem. [Imagem: Christine Y. He]

Avião sem partes móveis

Engenheiros do MIT, nos EUA, construíram o primeiro avião sem partes móveis em seu sistema de propulsão e comprovaram que ele voa de verdade.

Em vez de motores e hélices ou turbinas, a aeronave é impulsionada por um "vento iônico", um forte fluxo de íons que é produzido a bordo do avião e gera impulso suficiente para propelir a aeronave em um voo contínuo e constante.

E, como não há motores, o voo é totalmente silencioso.

"Este é o primeiro voo sustentado de um avião sem partes móveis no sistema de propulsão," disse o professor Steven Barrett. "Isso potencialmente abre novas e inexploradas possibilidades para aeronaves mais silenciosas, mecanicamente mais simples e que não emitem emissões de combustão."

Barrett espera que, no curto prazo, tais sistemas de propulsão elétrico-eólica possam ser usados para viabilizar aviões menos barulhentos.

Além disso, ele prevê a propulsão iônica funcionando em paralelo com sistemas de combustão convencionais para criar aviões de passageiros híbridos mais eficientes em termos de combustível e outras aeronaves de grande porte.

Vento iônico

O "vento iônico", também conhecido como impulso eletroaerodinâmico, é um princípio físico identificado pela primeira vez na década de 1920 e descreve um vento, ou impulso, que pode ser produzido quando uma corrente elétrica é passada entre um eletrodo fino e um espesso.

Se uma tensão suficiente for aplicada, o ar entre os eletrodos pode produzir impulso suficiente para propelir uma pequena aeronave. Esse conceito de motor de vento iônico já havia sido demonstrado pela mesma equipe, mas em um experimento estático.

Por anos, o impulso eletroaerodinâmico tem sido usado principalmente em projetos de hobby, limitados a pequenos "ascensores" (elevadores) de mesa amarrados a grandes fontes de tensão, que criam vento suficiente apenas para uma pequena aeronave pairar brevemente no ar. Supunha-se que seria impossível produzir vento iônico suficiente para impulsionar uma aeronave maior durante um voo sustentado. Barret e sua equipe provaram o contrário usando um planador grande e leve.

O sistema de propulsão com vento iônico poderá ser usado para impulsionar drones e aeronaves pequenas. [Imagem: MIT Electric Aircraft Initiative]

Avião elétrico sem motor

A aeronave, que pesa cerca de 2,2 kg e tem uma envergadura de 5 metros, carrega uma série de fios finos, dispostos como uma cerca horizontal abaixo da extremidade dianteira da asa do avião. Os fios atuam como eletrodos carregados positivamente, enquanto fios mais grossos, dispostos de forma similar ao longo da extremidade traseira da asa do avião, servem como eletrodos negativos.

A fuselagem do avião contém uma série de baterias de lítio-polímero. Uma fonte de alimentação converte a saída das baterias em uma tensão suficientemente alta para impulsionar o avião - nada menos do que 40.000 volts.

Uma vez que os fios são energizados, eles agem para atrair e remover elétrons das moléculas da ar ao redor, como um imã gigante que atrai limalhas de ferro. Com isso, as moléculas de ar são ionizadas e, por sua vez, atraídas pelos eletrodos carregados negativamente na parte de trás do avião.

À medida que essa nuvem de íons flui em direção aos fios carregados negativamente, cada íon colide milhões de vezes com outras moléculas de ar, criando um impulso que empurra a aeronave para frente.

A equipe de Barrett está trabalhando agora para aumentar a eficiência do projeto, para produzir mais vento iônico com uma tensão mais baixa. Eles também esperam aumentar a densidade de empuxo - a quantidade de empuxo gerado por unidade de área. Atualmente, o sistema de propulsão do avião requer uma área de eletrodos muito grande, mas a equipe vislumbra chegar a uma aeronave sem sistema de propulsão visível ou com superfícies de controle separadas, como lemes e elevadores.

Bibliografia:

Flight of an aeroplane with solid-state propulsion
Haofeng Xu, Yiou He, Kieran L. Strobel, Christopher K. Gilmore, Sean P. Kelley, Cooper C. Hennick, Thomas Sebastian, Mark R. Woolston, David J. Perreault, Steven R. H. Barrett
Nature
Vol.: 563, pages 532-535
DOI: 10.1038/s41586-018-0707-9