离子只能烫发？错！还能驱动飞机！

提到离子，大部分人都会想到烫发。

但是麻省理工学院公布了一项新的研究成果，工程师研发的一款由离子风驱动的无人机成功试飞，这也是史上首架发动机不带任何活动部件的飞机，没有螺旋桨和涡轮叶片，因此几乎不会产生噪音。

一直以来，飞行器的动力来自带有活动部件的发动机，例如推进器或涡轮机，并且通常依靠化石燃料燃烧。美国麻省理工学院的Steven Barrett及其同事提出采用电空气动力学装置——通过电力加速流体中的离子以形成离子风来产生推力，作为推进飞行器的一种替代方法。

巴雷特的团队设计了一架带有电空气动力推进系统的小型固定翼飞机，并进行了试飞。该飞机重2.45千克，翼展5米，依靠定制系统提供动力。定制动力系统包含一个电池组和高压电源转换器，输出功率约500瓦。在10次试飞中，飞机在室内空间成功飞行了60米，平均飞行高度为0.47米。

尽管离子风驱动系统的整体效率较低，但是其推功比与传统推进系统（如喷气发动机）相当。作者报告说，这种特殊的飞机设计优先考虑的是小机型而不是高效率，但未来的设计可以提高其效率。

从飞机结构图上，可以明显看到电极和电线的位置。

大约在九年前，巴雷特开始着手设计没有活动部件的飞机推进系统。最终，他选择了“离子风”，它也被称为电动力学推力。

这种技术最初在 20 世纪 20 年代被提出，简单来说，它描述了电流在薄电极和厚电极之间通过时可产生风，或者说推力。

而当施加的电压足够大时，电极之间的空气可以产生足够的推力来推进小型飞机。理论上来说，使用非常高的电压时，基于“电动力学推力”的推进器会在两个电极周围的空气中产生离子，电极之间产生的电场将离子从较小的电极“甩到”较大的电极上，这些离子在行进时与正常的空气分子碰撞，产生离子风并向前推动机器。另外，由于离子可以在两个固定电极之间移动，因此机器不需要活动部件来为其提供推力。

从根本上来讲，使用“电动力学推力”的飞机与传统的内燃机飞机、火箭一样，利用牛顿第三定律（作用力与反作用力）提供推力。当飞机向后喷射气体时，飞机对气体施加一个向后的作用力，与此同时气体就对飞机施加了一个向前的反作用力，推动飞机前进。

游泳、划船等也是这样。

飞机试飞的时候，机身上的电池向前端的金属（正极）施加2万伏电压。高压将空气中氮气的电子剥离，氮原子变为带正电荷的离子。而后侧的金属带负电荷（负极），这些氮正离子就像被磁铁吸引的铁屑，迅速向后排移动。“沿途它们会与数百万的中性空气分子碰撞。”巴雷特说，这些空气分子如同被撞击的台球，被推向飞机后方，从而产生足够的推力。

在MIT的一座室内体育馆，巴雷特的愿望迈出了第一步。研究团队测试了名为“第二版”的飞机原型的飞行性能。与那些坚持不过几秒的前任相比，“第二版”以每小时17千米的速度平稳飞行了60米，直至撞上墙壁。研究者共进行了10次测试，飞机在每次测试中都有稳定的表现。期间没有动力耗尽的迹象，也没有恼人的噪音。

对于离子风飞机的未来，巴雷特认为，这项技术将可能首先为无人机带来变革。现在，无人机在运输、拍摄、环境监控等领域的应用与日俱增。“想象一下，10年或20年后，无人机将无处不在，这意味着我们耳边将全是无人机的噪音。而我们，能让它们变安静。”

而在展望更长远的目标时，巴雷特有着更大的野心。他希望离子风推进技术能与传统的燃烧系统结合，打造油耗更低的“混合型”客机，以及其他大型飞行器。或许，正如115年前莱特兄弟那次只持续了12秒的飞行，这次试飞也可能在未来改变甚至颠覆航空界的面貌。

未来已来，我们还等什么呢？赶紧学起来吧。

虽然对于我们中学生来说，还没办法制作这种等级的飞机模型，不过我们能制作纸飞机，哦不，是“自主动力空气动力学物理模型”。

这种看似简单，也最容易掌握的一种折纸类型，其中蕴藏着巨大的潜力。

现在最常见的纸飞机制作方法是约翰·K·诺斯罗普在1930年创作的，用来做模拟测试，发现真实飞机的飞行机理。

而迄今为止纸飞机的最远飞行记录是一架名为“苏珊”的飞机创造的。它由美国纸飞机大师约翰·柯林斯（号称“Paper Airplane Guy”）设计、并且经橄榄球运动员Joe Ayoob投掷，飞行了70米的超远距离，录入吉尼斯世界记录。

今天施老师就从“使纸飞机飞行越远越好”这一点出发，教大家折目前世界上飞行最远的“自主动力空气动力学物理模型”——苏珊！

步骤1、标准A4纸，顶部左右对折，留下折痕。

步骤2、将左右两个顶角折到与刚刚留下的折痕对齐。

步骤3、沿着图中虚线的位置，向下折叠。

步骤4、沿着图中两条虚线的位置，往里折叠。

步骤5、沿中轴线往外翻折，使两边机翼对齐。

步骤6、在中轴线旁边画上5毫米的虚线，并将机翼外侧向内折叠到与虚线对齐。

步骤7、将两侧机翼展开，调整一下角度，就可以起飞了。

大家一起动手做做看吧。如果你有自信，请在下面留言区里告诉施老师，你的纸飞机飞了多远，让我们来比一比谁是冠军。今天的“施物招领”就到这里，我们下期再见。

（部分图片与物理原理文字来源于网络）

施你长技，格物致知！

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