Ионолет

Все блоги / Блоги людей 19 мая 2019 42   

В сети можно найти уйму статей о альтернативных путях техники — всевозможных двигателях Стирлинга, турбинах Теслы, ионолетах и еще более экзотических устройствах. В них с восторгом описываются достоинства альтернатив и совершенно не упоминаются недостатки.

В результате многие думают что попаданцу будет достаточно немного постучать начальственным кулаком по столу и история техники уверенно двинется по новым рельсам. В этой статье мы разберем проблемы ионолета.

Принцип его действия прост: подадим несколько десятков вольт(обычно порядка 40 КВ) на две проволочные сетки и движение ионов между сетками создаст поток воздуха — бесшумный электрический движитель!

Непонятно лишь почему ионолеты существуют лишь в виде небольших моделек. В сети в лучшем случае можно найти невнятные рассуждения о отсутствии эффективных высоковольтных источников. Бредовость довода очевидна — просто соединим ячейки большой батареи последовательно и получим высоковольтную батарею. Первая такая батарея была создана еще в 1802 году в России. Для современных технологий батарея на 40 КВ проблемой не является.

Чему равна тяга ионолета? Нетрудно понять что число свободных ионов между сетками будет расти до тех пор пока они не скомпенсируют электрическое поле сеток. Но для этого понадобится очень небольшое количество ионов и они смогут совершить лишь незначительную работу. Как показывает расчет, на 40 КВ и 7 см зазора мы получим лишь 160 грамм подъемной силы на м^2(для сравнения, у вертолета Robinson R44 — 14 кг, в 86 раза больше!), а воздух будет двигаться через сетку со скоростью порядка метра в секунду.

То есть, тому же Robinson R44, если переделать его в ионолет, вместо винта диаметром 10 м потребуется сетка в виде квадрата со стороной в 80 метров! Такая сетка будет развивать огромное сопротивление движению, так что о горизонтальном полете хотя бы на сотне километров в час лучше даже не думать.

Интуитивно кажется что у ионолета должен быть высокий КПД — ведь электрическая энергия напрямую преобразуется в кинетическую.

Давайте подумаем. Нетрудно прикинуть что электрон с энергией в 40 тысяч электронвольт будет иметь скорость порядка 100 000 км/с! Ион наберет гораздо меньшую скорость, к тому же он будет постоянно останавливаться молекулами воздуха. Тем не менее в расчете по ссылке выше получаем скорость иона порядка 100 метров в секунду.

Это значит что ионы успевают движутся со скоростью в сто раз больше скорости воздуха! При ударе большая часть энергии иона уходит в тепло и лишь сотая доля кинетической энергии передается с имульсом. Реальный КПД описанного ионолета — порядка процента(при взлете с места, при горизонтальном полете КПД заметно повысится).

В 2018 году была создана первая полноценная модель ионолета, с собственным источником питания(видео). Создатели отказались от вертикального взлета и установили ионный движитель на планер с аэродинамическим качеством порядка 18 — так что им хватило всего 320 грамм тяги на модель в 2.5 кг.

Глянем на характеристики. Повышающий преобразователь забрал больше 20% от веса модели, расход 620 Вт дает аж 320 грамм тяги на 5 м/с — КПД 2.5%. Заявленный КПД преобразователя — 82%–85%, т.е. основные потери на сетке-движителе.

В общем для закрытого стадиона штука интересная, но летать против ветра ионолетам явно будет трудновато. Да и конкурировать с обычными дронами непросто — от мотора на 15 Вт и низких оборотах шуму будет немного.

Значит ли это что ионолет бесполезен? Нет. Увеличив зазор и понизив напряженность поля мы уменьшим скорость ионов и увеличим КПД. При этом упадет тяга, но ее можно увеличить увеличением напряжения(зазор опять таки придется увеличить). При напряжениях от нескольких мегавольт(и зазорах в десятки метров) ионолет начинает выглядеть привлекательно.

Но такие напряжения пробивают сантиметры лучших изоляторов и метры воздушного зазора, да и батарею придется составлять уже из миллиона-другого ячеек. В общем тут попаданцу явно ничего не светит, так же как со Стирлингами и турбинами Теслы.

  • Оцените публикацию
  • 0

Похожие публикации

@
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent