Una nuova svolta nella propulsione sta prendendo il volo in un laboratorio SUNY Oswego, portando il membro della facoltà di ingegneria elettrica e informatica Adrian Ieta e la SUNY Research Foundation a perseguire un brevetto su questa promettente tecnologia.

L'anno scorso, Ieta e la ricerca dei suoi studenti hanno realizzato un volo unico nel suo genere guidato dal vento ionico, che potrebbe aprire un nuovo campo di sviluppo. Attraverso un ulteriore perfezionamento, pubblicazione e presentazioni, la svolta sta iniziando a prendere slancio, che sarebbe molto aiutata dall'approvazione del brevetto internazionale depositato a maggio.

Il grande potenziale deriva dalla tecnologia che consente a un rotore di funzionare efficacemente come un motore, ha detto Ieta.

"Questo è stato il primo oggetto rotazionale a sollevare utilizzando questa tecnologia, " Ha detto Ieta. "Potrebbe essere il primo sistema ionico a decollare nell'atmosfera senza trasportare un alimentatore".

L'applicazione di un'alta tensione tra elettrodi asimmetrici genera un intenso campo elettrico vicino all'elettrodo appuntito e oltre una certa tensione porta alla ionizzazione locale dell'aria. "Gli ioni sono accelerati dal campo elettrico e nelle loro collisioni con molecole neutre creano un movimento complessivo dell'aria dall'elettrodo tagliente al controelettrodo noto anche come vento ionico, vento corona o flusso elettrodinamico (EHD), "Ieta ha spiegato.

Il vento ionico è un fenomeno noto da tempo, segnalato per la prima volta nel 1709 e con il primo dispositivo di rotazione del vento ionico nel 1760, ma finora nessuno è riuscito a creare un dispositivo attivato dal vento ionico per ruotare e decollare in aria. Sebbene alcuni possano dire che l'effetto è previsto, non si sapeva se fosse possibile del tutto, ha detto Ieta.

"Penso che la nostra ricerca sia unica in molti modi, " ha osservato. "Penso che ora sia facile realizzare rotori ionici, e abbastanza facile da ottimizzare le eliche ioniche e farle volare. È solo che nessuno la pensava come noi." Ulteriori sviluppi unici, innovazioni e scoperte sono state ottenute in collaborazione con Marius Chirita dell'Istituto nazionale rumeno per la ricerca e lo sviluppo in elettrochimica e materia condensata. In futuro sono molto probabili ulteriori ottimizzazioni dei sistemi rotanti ionici.

"Congratulazioni al Dr. Ieta e al suo team per aver raggiunto questa svolta pionieristica, " ha detto Steven Wood, direttore associato per l'innovazione e l'imprenditorialità presso la SUNY Research Foundation. "L'invenzione del Dr. Ieta rappresenta il primo motore eolico ionico al mondo per profili alari di eliche e rotori e la sua ingegnosità, l'unicità e le potenziali implicazioni per l'aviazione commerciale e le industrie dei droni non possono essere sopravvalutate. La sua tenacia e la sua spinta a innovare in questo campo sono un ottimo esempio degli incredibili risultati che possono derivare dalla riformulazione di un fenomeno precedentemente ben studiato per affrontare nuove applicazioni".

Coinvolgimento degli studenti

Le scariche corona e il vento ionico sono stati un interesse di ricerca di lunga data per Ieta, con ulteriore interesse suscitato quando Fehmi Damkaci della facoltà di chimica di Oswego gli ha chiesto di mostrare qualcosa per gli studenti delle scuole superiori. Quando Ieta ha successivamente fornito questa via di ricerca ai suoi studenti al college nel 2011, il loro interesse ha giocato un ruolo chiave negli sviluppi in corso.

"Ho lasciato fare loro quello che volevano provare, " Ha detto Ieta. "Quello che hanno apprezzato di più è stato l'ambiente meno strutturato e l'opportunità di perseguire qualunque cosa la loro immaginazione gli venisse in mente".

Gli studenti hanno suggerito magari di far girare un oggetto, che ha portato ai primi spinner ionici e in seguito a provare una rotazione e un decollo dell'elica. "Erano coinvolti nella risoluzione dei problemi in ogni fase, " Ieta ha detto. "Dopo il primo decollo dell'elica ionica in particolare, è stato fantastico essere in laboratorio e fare cose che nessun altro aveva fatto".

Mentre un team di sei studenti universitari alla SUNY Oswego ha tentato diversi progetti di eliche in base ad alcune linee guida generali fornite, il prototipo realizzato da Nicholas Curinga è stato il primo a decollare nel febbraio 2018. Ieta ha accreditato Curinga come una parte fondamentale della ricerca, ma la svolta ha comportato il contributo di molti studenti oltre a questo gruppo di ricerca.

"Erano tutti entusiasti, " Ha detto Ieta. "Questa è la ricerca che gli studenti si sono divertiti a fare. Hanno avuto varie idee e provato cose a cui forse non avrei pensato".

Innovazioni e implicazioni

La mancanza di un motore esterno rende questo significativo e apre potenziale, ha detto Ieta. "Il motore stesso è l'elica. È un approccio completamente diverso alla propulsione, " Ha aggiunto.

L'innovazione consisteva nell'utilizzare un cilindro metallico come controelettrodo attorno a un'elica per intensificare il campo elettrico e il vento ionico generato. Gli elettrodi dell'emettitore ionico sull'elica sono stati progettati con nastro e perni di rame mentre l'alta tensione è stata applicata attraverso un albero centrale. La generazione della spinta utilizza essenzialmente la terza legge di azione e reazione di Newton. La spinta ionica porta all'accumulo di energia cinetica rotazionale fino al raggiungimento di una velocità di rotazione terminale.

Un paio di sviluppi nel giugno 2019 potrebbero spingere la ricerca verso nuove strade. Il Giornale di Elettrostatica pubblicato "Elica elettroidrodinamica per la propulsione in atmosfera; dispositivo di rotazione primo volo, " di Ieta e Chirita l'11 giugno. Il giorno dopo, Ieta ha presentato le "Caratteristiche dei sistemi eolici rotanti a ioni a pressione atmosferica e inferiore" alla conferenza della Electrostatics Society of America.

"Questo ha un futuro promettente in termini di raffinamento e ampliamento della tecnologia, "Ieta ha detto, e la prova del concetto e la crescente consapevolezza potrebbero renderlo qualcosa in cui le aziende vorranno investire, dato il suo potenziale come tecnologia sostenibile. "Penso che ci sia molto valore nel lavoro."

Ieta e studenti ricercatori hanno già iniziato a provare miglioramenti. Per esempio, mettendo due eliche sullo stesso asse, muovendosi in direzioni opposte, potrebbe amplificare la spinta e lavorare per sollevare oggetti più pesanti senza aggiungere momento angolare che farebbe ruotare il corpo.

I potenziali sviluppi potrebbero includere droni ionici, nuovi motori ionici, ventilatori ionici, sensori, motori lineari e persino giocattoli scientifici e strumenti dimostrativi. Ieta ha testato con successo la propulsione di una piccola macchinina utilizzando questa tecnologia, il tipo di sviluppo che potrebbe utilizzare questa tecnologia per catturare l'attenzione di una generazione di futuri scienziati.