ウィルバー ライトとオービル ライトの有名な飛行機、ライト フライヤーが 1903 年に初飛行したとき、ドライブ チェーンを介して 2 つのプロペラを回転させる粗製ガソリン エンジンで、かなり騒がしかったに違いありません。ほぼ 115 年後、別のタイプの飛行機が、可動部分が 1 つもなく、幽霊のように静かに飛行しました。研究者が技術をスケールアップするという困難な作業を克服できれば、新しいタイプの航空機は静かなドローンやおそらくはるかに単純な飛行機の先駆けとなる可能性があります.
プロペラやジェット エンジンに頼る代わりに、飛行機は 1 人乗りのカヤックほどの大きさで、電気空気力学 (EAD) を使用して空中を進みます。この形式の推進力は、電気効果を使用して空気を後方に送り、飛行機を均等に前進させます。
マサチューセッツ工科大学 (MIT) の航空エンジニアであるスティーブン・バレット (Steven Barrett) は、航空技術者は長い間、飛行機が EAD によって動力を供給される可能性があると理論化してきたと述べています。しかし、自重を持ち上げることができる EAD 飛行機を作った人はいませんでした。バレットと同僚が最終的に成功したとき、彼らは畏敬の念を抱いて黙っていた、と彼は言う. 「軌道に乗るまでに約 7 年の作業が必要でした。」
EAD 推進システムでは、強力な電場がイオンと呼ばれる高速で移動する荷電粒子の風を生成します。イオンは中性空気分子にぶつかり、飛行機の後ろに押し込み、航空機を前進させます。イオン ドライブ、イオン風、またはイオン推進とも呼ばれるこの技術は、NASA によって宇宙空間で使用するために既に開発されており、現在、いくつかの衛星や宇宙船に展開されています。宇宙は真空であるため、これらのシステムはイオン化するキセノンのような流体を運びますが、バレットの航空機は大気中の窒素分子をイオン化するように設計されています。
ただし、大気中よりも宇宙でイオンドライブを展開する方がはるかに簡単です。重力は衛星を惑星の周りに導き、イオン駆動は小さな軌道修正を適用します。対照的に、飛行機は、自身を高く維持し、空気抵抗の絶え間ない抗力を克服するのに十分な推力を生成する必要があります。
複数のコンピューター シミュレーションを実行した後、バレットのチームは翼幅 5 メートル、重さ 2.45 キログラムの飛行機の設計に落ち着きました。必要な電場を生成するために、ベネチアン ブラインドに似た一連の電極が飛行機の翼の下を走っています。それぞれの電極は、アルミニウムで覆われた非常に負に帯電したフォームのスライスの数センチ前にある正に帯電したステンレス鋼のワイヤーで構成されています。この飛行機には、カスタムのバッテリー スタックと、バッテリーの電圧を約 200 ボルトから 40 キロボルトに上昇させるコンバーターも搭載されています。高度に帯電した電極が飛行機のフレームに露出していましたが、安全上のリスクを回避するために、リモート コントロールでオンとオフを切り替えることができました。
チームは MIT の体育館の中で飛行機をテストし、スポーツ チームとの遭遇を避けるために変則的な時間に作業しました。 「かなり壮大なクラッシュがいくつかありました」とバレットは言います。最終的に、チームは航空機の打ち上げを助けるパチンコのような装置を考案しました。何百回も失敗した後、航空機はついに空中に留まるのに十分なだけ推進することができました。 10 回以上のテスト飛行で、飛行機は約 10 秒で、ライト兄弟の最初の飛行より少し遠い 60 メートルまで飛行し、平均高度は 0.5 メートルだった、と研究者は今週 Nature .
「これは素晴らしい第一歩です」と、カリフォルニア大学バークレー校の電気技師 Daniel Drew は言います。しかし、彼は「飛行機のサイズをさらに大きくしようとすると、多くの問題に直面することになるだろう」と警告する.ドリュー氏によると、基本的な問題はスケーリングに帰着します。飛行機のサイズが大きくなるにつれて、その重量は翼の面積よりも速く増加します。そのため、より大きな飛行機が飛行を維持するには、単位翼面積あたりの推力をはるかに大きくする必要があり、「物理学の観点から達成するのは非常に困難です」と彼は説明します。
バレットは、いつか人を輸送する可能性を排除する準備ができていません. 「私たちは明らかにまだ道のりが遠く、そこに到達するために改善しなければならないことがたくさんあります。しかし、それを根本的に不可能にするものは何もないと思います。」推力は、電力変換システムとバッテリーをより効率的にするか、イオンを生成するためのさまざまな戦略をテストするか、抗力を減らすためにスラスターを飛行機のフレームに統合することで改善できると彼は言います.フランスの国立研究機関 CNRS とトゥールーズ大学の流体力学研究者である Franck Plouraboué は、EAD 航空機に電力を供給する方法の 1 つは、飛行機の上部に取り付けられた超軽量ソーラー パネルを使用することであると述べています。
ドリューは、いつの日か小型の EAD 航空機の群れを見る可能性が高くなると考えています。バレット氏は、EAD 航空機の最大の利点は騒音がないことだと考えています。 「街中のいたるところでドローンを使用して物を配達したり、空気の質を監視したりしたい場合、騒音や騒音公害は非常に煩わしくなります。」
