等离子喷气式飞机即将问世——把你送入太空

作者:寰球科技
  据DeepTech深科技
  众所周知,传统的喷气式发动机靠燃料驱动,燃料与压缩空气在燃烧室混合之后被点燃,高温燃气迅速膨胀,由喷口高速排出,产生强大推力推动飞机向前。
  而等离子喷气式发动机的能量来自电力,通过电力产成的电磁场将气体(空气或氩气)电离,形成等离子体。等离子体是一种高温且弥漫着带电离子的物质状态,和聚变反应堆或是恒星内部的物质状态相类似。等离子发动机通过发动机尾部喷射出的阳离子来推动飞机前进,它甚至可以飞到太空的边缘。
  图|等离子飞机
  实际上,在过去二十年内,等离子发动机一直在实验室中被不断改进,但其研究应用仅限于卫星的推进器。
  直到最近柏林工业大学的Berkant Göksel和他的团队启动了一个把等离子发动机应用到飞机上的项目。他表示,“我们计划开发一个新的发动机系统,它能够在30000米的高空工作,这是传统喷气式发动机无法做到的。”这甚至可能把乘客带往大气层以外的地方。
  上述计划的核心问题在于如何使等离子发动机既能够推动飞机起飞,又能保证飞机在高空飞行。
  等离子发动机通常被设计用在真空或是超高空的低压环境下工作,同时携带有燃气供给。但是现在Göksel的团队已经制造出一台等离子发动机并通过测试证明其能够在一个大气压的环境中工作(Journal of Physics Conference Series, doi.org/b66g)。“我们第一个制造出了速度快又能量强劲的等离子喷气式飞机,”Berkant Göksel说,“它们的飞行速度能够达到每秒20公里。”
  这个团队使用电脉冲来电离气体。类似的做法曾使用在脉冲发动机上,这与传统的燃料驱动发动机相比,可大大改善工作性能。
  这是第一次有人将脉冲技术应用在等离子推进器上。亚拉巴马州立大学(在美国汉茨维尔)的Jason Cassibry对此印象深刻,他表示,“这可能拓宽飞机的应用范围并且降低运行成本”。
  但是在真正用来推进一架飞机之前,等离子喷气式发动机这一技术仍有几个障碍还未克服。
  首先,团队目前测试的小型推进器长度只有80毫米,一架商用飞机可能需要10000个这样的推进器才能够保证飞行,过多的推进器数目使得目前的发动机设计变得过于复杂。因此,Göksel的团队把目光投向小型飞机和飞艇(airships),100到1000个等离子推进器足够推动一架小型飞机,也在团队的能力范围之内。
  等离子喷气式发动机最大的局限在于缺乏轻量化的电池。形成和维持等离子体都需要大量电力供应。以色列理工大学的Dan Lev表示:“一组推进器所需要的电力供应量相当于一家小型电力厂,而以今天的电池技术,根本不可能把相当于一家小型电力厂的能量集成在一架飞机上。”轻量化电池的缺乏也减小了把单个推进器做大的可能,虽然可以减少飞机上推进器的数目,但是单个推进器所需要的能量却增加了。
  于是,Göksel希望能够通过小型核聚变反应堆为推进器系统供能。其他的可选项是太阳能电池板技术或是激光无线能量传输技术。
  同时,他也在研制混合动力式飞机,通过等离子发动机和脉冲发动机的协同工作方式以节省燃料。
本文由地球日报转码显示,查看原文

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