Chinezen bouwen elektrische straalmotor (video)

Het onderzoek is gepubliceerd in AIP Advances. 

Plasma-stuwraketten worden al gebruikt voor de voortstuwing van ruimtevaartuigen, maar het daarbij gebruikte xenonplasma is nutteloos binnen de dampkring van de aarde, aangezien versnelde xenon-ionen het grootste deel van hun stuwkracht verliezen aan de luchtweerstand. Het nieuwe ontwerp gebruikt echter alleen lucht en elektriciteit en lijkt relevant te kunnen worden voor toepassingen in elektrische vliegtuigen.

Het apparaat maakt een lage temperatuur plasma door lucht te ioniseren. Dit wordt vervolgens door een luchtcompressor in een buis opgeblazen. Halverwege de buis wordt het plasma bestraald met een krachtige magnetron, die de ionen heftig in beweging brengt en ze tegen andere, niet-geïoniseerde atomen perst, waardoor de temperatuur en druk van het plasma enorm verhogen. Hierdoor ontstaat een aanzienlijke stuwkracht.

Een deel van het geheim zit in de afgeplatte golfgeleider waardoor de microgolven worden afgevuurd. Deze worden opgewekt door een magnetron van 1 kW en 2,45 Gh en door een golfgeleider gestuurd die is versmald tot zijn halve hoogte waar hij de plasmabuis nadert. Zo wordt de elektrische veldsterkte vergroot en zoveel mogelijk warmte en druk aan het plasma gegeven.

De onderzoekers merkten op dat, bij een stabiele luchtstroom, de vlamstraal in de buis langer leek te worden naarmate het microgolfvermogen werd verhoogd. Ze probeerden te meten hoeveel stuwkracht werd geproduceerd, wat moeilijk bleek omdat de plasma-straal van duizend graden een gewone barometer zou vernietigen.

In plaats daarvan besloten ze om een holle stalen bal bovenop de buis te balanceren, die kon worden gevuld met kleinere stalen kralen om het gewicht te veranderen. Bij een bepaald gewicht zou de stuwkracht de zwaartekracht opheffen en de bal van de buis af tillen.

Ze testten dit over een reeks vermogensniveaus en luchtsnelheden en vonden een lineaire relatie tussen de voortstuwingskracht, het microgolfvermogen en de luchtstroom.

De voortstuwingskracht bedroeg 11 Newton bij 400 W en 1,45 kubieke meter lucht per uur, wat neerkomt op een omzetting van vermogen in stuwkracht met een snelheid van 28 N / kW. Uitgaande van lineaire extrapolatie, speculeert het team dat het een stuwkracht van 8500 N kan opwekken met een Tesla Model S-batterij van 310 kW.

Ter vergelijking: het elektrische vliegtuig Airbus E-Fan gebruikt twee 30-kW ventilatoren met elektrische kanalen, die samen 1500 N stuwkracht produceren. Dat zou een efficiëntie van 25 N / kW betekenen, wat net niet zo goed is als het eerste prototype dat in dit laboratorium is geassembleerd. De onderzoekers noemen de stuwkrachtefficiëntie daarom ‘vergelijkbaar met die van commerciële vliegtuigstraalmotoren’.

Het probleem zit echter in de schaal. Bij de luchtstroomsnelheden (ongeveer 1m3 / h) en microgolfvermogens (minder dan 1kW) die de onderzoekers testten, schaalde alles heel mooi. Maar deze luchtstromen zijn ongeveer 15.000 keer kleiner dan die van een volwaardige motor. De stuwkracht moet ook met ongeveer vier ordegroottes schalen (wat betekent dat de kracht dat ook doet).