20世紀初動力飛機的發明，無疑是人類交通方式的一大革命，它終於(yu) 實現了自古以來人們(men) 想要飛上天空的夢想。

　　2018年11月發行的《自然》雜誌封麵刊登了一架飛機，它究竟有何特別之處，能登上頂級學術期刊的封麵呢？

　　不論是在第一架飛機成功飛行的100多年前，還是今天，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。但而這架電動飛機和之前的飛機完全不同，它沒有螺旋槳、沒有渦輪機，由帶電空氣分子碰撞而成的“離子風”提供了飛行所需的推力。正如飛機的發明者、麻省理工學院航空航天副教授史蒂文·巴雷特說：“這是史上第一架推進係統中沒有任何活動部件的飛機，將為(wei) 飛機帶來新的可能性，未來的飛機會(hui) 更安靜，機械設計更簡單，並且不會(hui) 排放燃燒物。”

　　這項研究結果，來自美國麻省理工史蒂文·巴雷特課題組。這款特殊的飛機，機身5米，重2.45公斤，在學校的體(ti) 育館內(nei) 完成了首次飛行，試飛平均高度0.47米，持續飛行60米。

　　這駕飛機的特別之處，在於(yu) 它飛行過程中不需要任何運動部件，而且還能獲得動力。它沒有發動機，也沒有渦輪和螺旋槳；不需要消耗燃料，也不會(hui) 產(chan) 生噪音與(yu) 廢氣。

　　MIT的研究者展示了這樣一種可能：利用高壓將空氣電離，形成“離子風”，推動飛機。

　　“離子風”與(yu) “電空氣動力學（EAD）”有關(guan) 。這種技術最初在20世紀20年代被提出，簡單來說，它描述了電流在薄電極和厚電極之間通過時可產(chan) 生風，或者說推力。而當施加的電壓足夠大時，電極之間的空氣可以產(chan) 生足夠的推力來推進小型飛機。理論上來說，使用非常高的電壓時，基於(yu) EAD的推進器會(hui) 在兩(liang) 個(ge) 電極周圍的空氣中產(chan) 生離子，電極之間產(chan) 生的電場將離子從(cong) 較小的電極“甩到”較大的電極上，這些離子在行進時與(yu) 正常的空氣分子碰撞，產(chan) 生離子風並向前推動機器。另外，由於(yu) 離子可以在兩(liang) 個(ge) 固定電極之間移動，因此機器不需要活動部件來為(wei) 其供電。這種技術，據說已被NASA用於(yu) 外太空的航天器，可幫助進行航向的微小修正。但用於(yu) 驅動飛機，必須產(chan) 生足夠的推力以克服空氣阻力，還有自身重力，此前還無人涉及。

離子風原理示意圖（圖片來源：MIT）

　　研究人員嚐試了十次飛行，用來證明它的可重複性。在5米範圍內(nei) ，“離子風”將飛機加速到每秒5米，在剩餘(yu) 的55米飛行空間內(nei) 自由飛行。持續時間為(wei) 8-9秒，平均飛行高度0.47米，“離子風”穩定地推動飛機。

　　為(wei) 了產(chan) 生足夠強的電場，研究人員在飛機的機翼下方安裝了類似百葉窗的電極組，每個(ge) 電極由帶正電荷的不鏽鋼絲(si) 和由鋁覆蓋的帶有大量負電荷的泡沫片構成。該飛機還帶有一個(ge) 定製的電池組和一個(ge) 變壓器，變壓器可以將電池的電壓從(cong) 大約 200 伏升至 40 千伏。高壓充電的電極暴露在飛機外，但它們(men) 可以通過遙控器打開或關(guan) 閉，因此可以避免安全風險。

　　在實驗室尺度上，推動力與(yu) 功率之比可以高達50 N kw-1。與(yu) 之相比，噴氣發動機約為(wei) 3 N kw-1，直升機旋翼約為(wei) 50 N kw-1。推力功率比的增加導致推力密度的降低，研究者最終采用四組並聯電極的兩(liang) 級結構，可以同時獲得3 N m-2的推力密度，和6.25 N kw-1的推力功率比。

單次飛行軌跡和速度計算（圖片來源：MIT）

　　EAD可以用於(yu) 更安靜的小型飛行器設計，它們(men) 幾乎不發出聲音，無需消耗燃料，當然也不會(hui) 排放溫室氣體(ti) ，減輕當前飛機推進係統對環境的有害影響，有希望讓飛機與(yu) 城市環境聯係更緊密。

飛機設計圖（圖片來源：MIT）

　　這隻是個(ge) 概念證明，目前，團隊開發出來的 EDA 係統的推進力還不足以滿足商用飛機的需求。但研究人員認為(wei) ，它可以與(yu) 噴氣發動機一起使用。電動力推進係統可以嵌入飛機中，用於(yu) 重新改變沿飛機行進的空氣，增加新的推進係統可以消除阻力並提高燃油效率。因此，除了優(you) 化原型工藝之外，這也是麻省理工學院團隊計劃下一步關(guan) 注的內(nei) 容。他們(men) 還會(hui) 改進這種EAD推進技術，提高整體(ti) 效率。另一個(ge) 挑戰是提升推力密度，現在的原型機隻是無人機，真正的飛機，必須能夠攜帶人類，而不隻是電池、變壓器和遙控器。



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