Regardez les ingénieurs du MIT piloter le premier avion sans pièces mobiles

Les ingénieurs du MIT ont construit et piloté le tout premier avion sans pièces mobiles. Au lieu d’hélices ou de turbines, l’avion léger est alimenté par un «vent ionique», un flux d’ions silencieux mais puissant qui se produit à bord de l’avion et génère une poussée suffisante pour le propulser sur un vol soutenu et régulier.

Selon l’ingénieur Steven Barrett, l’avion ionique de l’équipe vient en partie du film et de la série télévisée, Star Trek, qu'il a regardé avidement comme un gamin. Il était particulièrement attiré par les avions de navigation futuristes qui parcouraient l'air sans effort, avec apparemment pas de pièces en mouvement et presque pas de bruit ou d'échappement.

"Cela m'a fait penser qu'à long terme, les avions ne devraient pas avoir d'hélices et d'éoliennes", déclare Barrett. "Ils devraient être plus comme les navettes dans Star Trek, qui ont juste une lueur bleue et glissent silencieusement."

Il y a environ neuf ans, Barrett a commencé à chercher des moyens de concevoir un système de propulsion pour avions sans pièces mobiles. Il est finalement tombé sur le «vent ionique», également connu sous le nom de poussée électroaérodynamique - un principe physique qui a été identifié pour la première fois dans les années 1920 et décrit un vent, ou poussée, qui peut être produit lorsqu'un courant passe entre une électrode mince et une électrode épaisse. Si une tension suffisante est appliquée, l'air entre les électrodes peut produire une poussée suffisante pour propulser un petit avion.

Pendant des années, la poussée électroaérodynamique a été principalement un projet d’amateur, et les conceptions ont été pour la plupart limitées à de petits «élévateurs» de bureau attachés à des alimentations en tension de grande taille qui créent juste assez de vent pour permettre à un petit bateau de survoler brièvement les airs. Il était largement supposé qu'il serait impossible de produire suffisamment de vent ionique pour propulser un avion plus gros sur un vol soutenu.

«C’était une nuit blanche dans un hôtel quand j’étais en décalage horaire, et j’y pensais et je commençais à chercher des moyens de le faire», se souvient-il. «J’ai fait des calculs très précis et j’ai découvert que ce système pourrait devenir un système de propulsion viable», a déclaré Barrett. "Et il s'est avéré qu'il avait fallu de nombreuses années de travail pour en arriver à un premier vol d'essai."

La conception finale de l’équipe ressemble à un grand planeur léger. L’appareil, qui pèse environ cinq livres et a une envergure de cinq mètres, porte une rangée de fils minces, qui sont suspendus comme une clôture horizontale le long de l’avant de son aile et sous celle-ci. Les fils jouent le rôle d’électrodes chargées positivement, tandis que des fils plus épais disposés de la même manière le long de la partie arrière de l’aile de l’avion servent d’électrodes négatives.

Le fuselage de l'avion contient une pile de batteries lithium-polymère.L’équipe avions de Barrett comprenait des membres du groupe de recherche sur l’électronique de puissance du professeur David Perreault du Laboratoire de recherche en électronique, qui avaient conçu une alimentation capable de convertir la sortie des batteries en une tension suffisamment élevée pour propulser l’avion. De cette manière, les batteries fournissent de l'électricité à 40 000 volts pour charger positivement les fils via un convertisseur de puissance léger.

Une fois que les fils sont sous tension, ils agissent pour attirer et éliminer les électrons chargés négativement des molécules d’air environnantes, comme un aimant géant attirant la limaille de fer. Les molécules d'air qui restent sont récemment ionisées et sont ensuite attirées par les électrodes chargées négativement à l'arrière de l'avion.

Alors que le nuage d'ions nouvellement formé s'écoule vers les fils chargés négativement, chaque ion se heurte des millions de fois à d'autres molécules d'air, créant une poussée qui propulse l'avion en avant.

L’équipe, qui comprenait également Thomas Sebastian et Mark Woolston, membres du laboratoire Lincoln, a effectué plusieurs vols d’essai à travers le gymnase du Dupont Athletic Center du MIT, le plus grand espace intérieur disponible pour mener à bien ses expériences. L’équipe a piloté l’avion sur une distance de 60 mètres (la distance maximale à l’intérieur du gymnase) et a découvert que l’appareil produisait une poussée ionique suffisante pour supporter le vol pendant tout le temps. Ils ont répété le vol 10 fois, avec des performances similaires.

«C’était l’avion le plus simple que nous puissions concevoir pour prouver le concept selon lequel un avion à ions pourrait voler», déclare Barrett. «C’est encore loin d’un avion qui pourrait accomplir une mission utile. Il doit être plus efficace, voler plus longtemps et dehors. »

L’équipe de Barrett s’efforce d’accroître l’efficacité de leur conception afin de produire plus de vent ionique avec moins de tension. Les chercheurs espèrent également augmenter la densité de poussée de la conception - la quantité de poussée générée par unité de surface. Actuellement, piloter l’avion léger de l’équipe nécessite une grande surface d’électrodes, qui constitue essentiellement le système de propulsion de l’avion. Dans l'idéal, Barrett voudrait concevoir un avion sans système de propulsion visible ou avec des surfaces de contrôle séparées telles que des gouvernails et des ascenseurs.

«Il a fallu beaucoup de temps pour arriver ici», déclare Barrett. «Passer du principe de base à quelque chose de volait vraiment était un long voyage de caractérisation de la physique, puis de conception et de mise en œuvre. Maintenant, les possibilités pour ce type de système de propulsion sont viables."