Stil vliegtuig vliegt op eigen elektrische wind
Computersimulatie van het prototype.
Amerikaanse ingenieurs vieren de luchtdoop van het allereerste vliegtuig dat zonder brandstof of zelfs bewegende delen blijft vliegen. Die doorbraak zou op termijn kunnen leiden tot koolstofneutraal luchtverkeer.
Spring vandaag in het vliegtuig en je raakt enkel vooruit door stuwkracht die van een draaiende propeller of de ventilator in een straalmotor komt. Dat is al lang zo. Sinds het begin van de geschiedenis van de luchtvaart, meer dan honderd jaar geleden, bleef nagenoeg elk vliegtuig in de lucht dankzij bewegende delen. Turbinebladen en propellers worden aangedreven door vervuilende ontbranding van fossiele brandstof, of recenter door zware batterijen, die op de koop toe behoorlijk luidruchtig zijn.
Daar komt binnenkort een einde aan, tenminste als het afhangt
van een team ingenieurs van het Amerikaanse Massachusetts Institute of Technology (MIT). Zij lieten het allereerste vliegtuig zonder bewegende onderdelen opstijgen, dat vervolgens in de lucht kon blijven. Heel even toch, het vloog zo’n tien seconden lang en zestig meter ver. Dat klinkt niet indrukwekkend, maar het experiment toont aan dat een vliegtuig zwaarder dan lucht, toch kan vliegen op zelfgegenereerde wind. Na die afstand moest de vlucht onderbroken worden zodat het tuig niet te pletter zou vliegen tegen de muur van de sporthal.
‘Dit is de allereerste keer dat een vliegtuig het luchtruim doorklieft zonder bewegende delen die voor de aandrijving zorgen’, zegt Steven Barrett, professor aan het onderzoeksinstituut, in het persbericht. ‘Hierdoor staan we aan de wieg van stiller, eenvoudiger en uitstootarm luchtverkeer.’ De onderzoeksresultaten verschenen in het prestigieuze vakblad Nature.
Antizwaartekracht
Negen jaar geleden begon Barrett aan zijn zoektocht naar een stuwingssysteem zonder bewegende delen. Hij kwam uit bij een principe dat al in 1920 omschreven werd. Toen experimenteerde een excentrieke uitvinder met geleiders onder hoogspanning. Hij dacht dat hij antizwaartekracht had uitgevonden. Dat klopte niet, maar het vormde wel de basis voor wat wetenschappers vandaag een ‘ionenwind’ noemen, voluit ook wel ‘elektroaerodynamische stuwing’.
Die stuwing zit hem in Barretts ontwerp onder de vleugels en wordt veroorzaakt door een hele reeks geleiders. De geleiders bestaan uit een dunne draad aan de voorzijde en een dunne folie aan de achterzijde. De folie heeft een druppelvorm: een brede voorkant loopt achteraan uit op een punt, zoals de doorsnede van een vliegtuigvleugel. De geleidende draden aan de voorkant worden onder een spanning van +20.000 volt gezet, dankzij een batterij aan boord. Stikstofdeeltjes in de buurt van de draad krijgen daardoor een elektrische lading: ze ioniseren. De druppelvormige folie achterin heeft een lading van 20.000 volt. Dat zorgt voor een elektrisch veld tussen de twee. De stikstofionen bewegen van de positief geladen draad naar de negatief geladen folie en slepen omliggende neutrale luchtdeeltjes met zich mee.
Handbagage
De testvluchten verliepen niet vlekkeloos, structurele problemen deden de eerste prototypes neerstorten. Door problemen in de elektrische circuits bleven sommige tuigen zelfs geroosterd achter. Pas toen een vliegtuig heel even in de lucht kon blijven, bleek dat een vliegtuig met genoeg geleiders genoeg stuwkracht veroor zaakt om zichzelf door de lucht te trekken. Dat werd voorheen door niemand voor mogelijk gehouden.
Stappen we straks allemaal aan boord van een ionenvliegtuig? Dat valt nog te bezien. Het rendement is voorlopig nog laag, er kruipt nog veel stroom in het ioniseren. Met een spanwijdte van 5 meter en een gewicht van 2,5 kilogram is het huidig tuigje bovendien eerder een schaalmodel. Voorlopig is er dus geen draagkracht voor een menselijke passagier, al zeker niet met bagage.
Toch zijn er volgens de onderzoekers veelbelovende toepassingen. ‘Op korte termijn kan deze technologie gebruikt worden bij drones’, zegt Barrett. ‘In de nabije toekomst zullen er steeds meer drones door ons luchtruim vliegen, vooral in steden. Die zijn nu nog lawaaierig, wat op een bepaald moment zal beginnen storen. Ionenstuwing kan drones veel stiller maken.’
Een lumineus idee, en het blijkt nog te werken ook, maar hoe kom je daarop? Dankzij sciencefiction, in dit geval. Het idee kwam oorspronkelijk van de fictieve ruimteserie Star trek, waar Barrett als kind met grote ogen naar keek. De futuristische luchttuigen die zonder moeite geruisloos door de hemel gleden in een blauwe gloed, inspireerden hem. Of hoe de wetenschappelijke ontdekkingen van vandaag ooit ontsproten in de verbeelding van een kind.
Het idee komt van de ‘Star trek’, waar professor Steven Barrett als kind met grote ogen naar keek
‘Op korte termijn kan deze technologie gebruikt worden bij drones’
STEVEN BARRETT Professor MIT