Un equipo de investigación del MIT —Massachusetts Institute of Technology— ha demostrado que una aeronave con una envergadura de cinco metros puede mantener un vuelo estable utilizando la propulsión del viento iónico. El avión no incluye partes móviles, no depende de los combustibles fósiles para volar y es completamente silencioso.
Desde hace 100 años la propulsión de las aeronaves siempre se ha confiado al uso de superficies en movimiento como turbinas o hélices, alimentadas por combustibles fósiles. La revista Nature ha publicado la investigación del MIT basada en la electroaerodinámica, el concepto físico que permite el vuelo utilizando el viento iónico. Las fuerzas eléctricas que aceleran los iones en un fluido se proponen como un método alternativo para propulsar aviones eléctricos, sin necesidad de utilizar elementos móviles, sin emisiones y prácticamente en silencio.
El principio físico de la electroaerodinámica
El principio de empuje electroaerodinámico, explicado por primera vez en la década de 1920, describe el viento o empuje que se produce cuando se pasa una corriente eléctrica entre un electrodo delgado y uno grueso. Si se aplica suficiente voltaje, el aire entre los dos electrodos crea el empuje necesario para impulsar un avión pequeño.
Durante años, los investigadores han asumido que con el empuje electroaerodinámico era imposible producir suficiente viento iónico para impulsar un avión de grandes dimensiones en un vuelo sostenido. Hasta la fecha tan solo se había logrado vuelos muy breves, con aeronaves muy pequeñas y aplicando voltajes muy elevados para crear el viento iónico necesario.
El avión iónico del MIT
El diseño final del equipo del MIT es un planeador grande y liviano, que pesa algo más de dos kilogramos. Una serie de alambres delgados, situados horizontalmente a lo largo y debajo del extremo delantero del ala del avión, actúan como electrodos cargados positivamente. Otros cables, más gruesos, dispuestos de manera similar, se extienden por el extremo posterior del ala del avión y sirven como electrodos negativos.
Diseño del avión del MIT a: Representación generada por ordenador. b: Imagen real del avión después de varias pruebas de vuelo.
En el fuselaje del avión se ha incorporado una pila de baterías de polímero de litio que a través de una fuente de alimentación eleva el voltaje de la corriente de salida de las baterías a 40.000 voltios, cargando positivamente los cables a través de un convertidor de potencia liviano.
Una vez que los cables están cargados, atraen los electrones de las moléculas de aire circundantes. Las que quedan atrás son ionizadas y, a su vez, atraídas por los electrodos cargados negativamente en la parte posterior del avión. A medida que la nube de iones formada fluye hacia los cables cargados negativamente, cada uno de ellos choca millones de veces con otras moléculas de aire, creando un empuje que impulsa el avión hacia adelante.
Arquitectura del convertidor de potencia de alto voltaje del avión iónico del MIT.
Las pruebas
Las pruebas reales se llevaron a cabo en el gimnasio del centro Atlético duPont de MIT, el espacio interior más grande que los investigadores pudieron encontrar para realizar sus experimentos. El equipo voló el avión una distancia de 60 metros, la máxima que permitía el gimnasio. Las 10 repeticiones que realizaron ofrecieron el mismo resultado: el avión produjo suficiente viento iónico para mantener el vuelo todo el tiempo.
"Este ha sido el avión más simple que pudimos diseñar para demostrar que un avión iónico puede volar. Todavía está lejos de un avión real. Debe ser más eficiente, volar durante más tiempo y hacerlo en el exterior", ha admitido el director de la investigación, el profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en el MIT, Steven Barrett.
Sin embargo, según Franck Plouraboue, investigador principal del Instituto de Mecánica de Fluidos en Toulouse, Francia (que no participó en la investigación) "la fortaleza de los resultados es una prueba directa de que el vuelo constante de un avión no tripulado con viento iónico es sostenible. El nuevo diseño es un gran paso para demostrar la viabilidad de esta tecnología".
El futuro de la investigación
El equipo de Barrett está trabajando para aumentar la eficiencia de su diseño. Necesitan producir mayor volumen de viento iónico con menor voltaje. También es posible incrementar la densidad de empuje modificando el diseño del avión.
Actualmente, es necesaria una gran área de electrodos, que esencialmente conforma el sistema de propulsión del avión. El diseño ideal, según Barrett es un sistema de propulsión invisible o con superficies de control separadas, como timones y alas.
Aplicaciones reales
Barrett, asegura que la demostración del funcionamiento real de este nuevo sistema de propulsión "ha abierto nuevas e inexploradas posibilidades para las aeronaves que pueden ser más silenciosas, mecánicamente más simples y sin emisiones". Barret espera que, a corto plazo, estos sistemas de propulsión por viento iónico comiencen a utilizarse para volar drones, reduciendo el ruido en las zonas especialmente sensibles.
Otra aplicación que podría llegar en poco tiempo son los aviones híbridos de pasajeros y mercancías que utilicen la propulsión iónica para apoyar los sistemas de combustión convencionales, aumentando su eficiencia y reduciendo los consumos y las emisiones.
