Ett nytt snurr på framdrivningen flyger i ett SUNY Oswego -lab, ledde till att elektro- och datateknikfakultetsmedlemmen Adrian Ieta och SUNY Research Foundation söker patent på denna lovande teknologi.

Förra året, Ieta och hans elevers forskning uppnådde en första flygning i sitt slag som drivs av jonvind, vilket skulle kunna öppna upp ett nytt utvecklingsområde. Genom ytterligare förfining, publicering och presentationer, genombrottet börjar ta fart, vilket i hög grad skulle stödjas av godkännande av det internationella patent som inlämnades i maj.

Den stora potentialen kommer från tekniken som gör att en rotor effektivt kan fungera som en motor, sa Ieta.

"Detta var det första rotationsobjektet för att lyfta med denna teknik, " Sa Ieta. "Det kan vara det första joniska systemet som någonsin lyfts i atmosfären utan att ha en strömkälla."

Att applicera en hög spänning mellan asymmetriska elektroder genererar ett intensivt elektriskt fält nära den vassa elektroden och över en viss spänning leder till lokal jonisering av luften. "Jonerna accelereras av det elektriska fältet och skapar i deras kollisioner med neutrala molekyler en övergripande rörelse av luften från den vassa elektroden till motelektroden även känd som jonvind, koronavind eller elektrodynamiskt (EHD) flöde, " förklarade Ieta.

Jonvind har varit ett känt fenomen ett tag - rapporterades först 1709 och med den första joniska vindrotationsanordningen 1760 - men ingen har lyckats få en jonisk vindaktiverad anordning att snurra och lyfta i luft förrän nu. Även om vissa kanske säger att effekten förväntas, det var okänt om det överhuvudtaget var möjligt, sa Ieta.

"Jag tror att vår forskning är unik på många sätt, " noterade han. "Jag tror att det nu är lätt att göra joniska rotorer, och ganska lätt att optimera joniska propellrar och få dem att flyga. Det är bara det att ingen tänkte på det som vi gjorde." Ytterligare unika utvecklingar, innovationer och rön uppnåddes i samarbete med Marius Chirita från Rumäniens nationella institut för forskning och utveckling inom elektrokemi och kondenserad materia. Fler optimeringar av de joniska roterande systemen är mycket troliga i framtiden.

"Grattis till Dr. Ieta och hans team för att ha uppnått detta banbrytande genombrott, sa Steven Wood, biträdande direktör för innovation och entreprenörskap vid SUNY Research Foundation. "Dr. Ietas uppfinning representerar världens första joniska vinddrift för propeller- och rotorblad och dess uppfinningsrikedom, unika och potentiella konsekvenser för kommersiell flyg- och drönarindustri kan inte överskattas. Hans uthållighet och drivkraft att förnya sig inom detta område fungerar som ett utmärkt exempel på de otroliga resultat som kan flöda av att omformulera ett tidigare väl studerat fenomen till att ta itu med nya tillämpningar."

Elevengagemang

Coronaurladdningar och jonvind har varit ett långvarigt forskningsintresse för Ieta, med ytterligare intresse väckte när Fehmi Damkaci från Oswegos kemifakultet bad honom att visa upp något för gymnasieelever. När Ieta därefter gav forskningsvägen till sina studenter vid högskolan 2011, deras intresse spelade en nyckelroll i den pågående utvecklingen.

"Jag lät dem göra vad de ville prova, "Ieta sa." Vad de mest uppskattade var den mindre strukturerade miljön och möjligheten att driva vad deras fantasi kom på. "

Eleverna föreslog att man kanske skulle snurra ett föremål, vilket ledde till de första jonspinnarna och senare till att prova en propellerspin och liftoff. "De var engagerade i problemlösning vid varje steg, " Sa Ieta. "Särskilt efter den första joniska propellern, det var fantastiskt att vara i labbet och göra saker som ingen annan hade gjort."

Medan ett team på sex studenter vid SUNY Oswego försökte med olika propellerkonstruktioner enligt några allmänna riktlinjer som ges, prototypen gjord av Nicholas Curinga var den första som lyftes i februari 2018. Ieta har krediterat Curinga som en viktig del av forskningen, men genombrottet har involverat många studenter förutom denna forskargrupp.

"De var alla glada, "Ieta sa." Detta är forskning studenterna har tyckt om att göra. De kom med olika idéer och provade saker som jag kanske inte hade tänkt på. "

Innovationer och implikationer

Avsaknaden av en extern motor gör detta betydande och öppnar upp potential, sa Ieta. "Motorn i sig är propellern. Det är en helt annan inställning till framdrivning, " han lade till.

Innovationen bestod i att använda en metallcylinder som en motelektrod runt en propeller för att intensifiera det elektriska fältet och den genererade jonvinden. De joniska emitterelektroderna på propellern designades med koppartejp och stift medan högspänningen applicerades genom en central axel. Genereringen av dragkraft använder i huvudsak Newtons tredje lag om verkan och reaktion. Jonisk dragkraft leder till ackumulering av rotationskinetisk energi tills en slutlig rotationshastighet uppnås.

Ett par utvecklingar i juni 2019 kan driva forskningen på nya vägar. De Journal of Electrostatics publicerade "Electrohydrodynamic Propeller for In-atmosphere Propulsion; Rotational Device First Flight, " av Ieta och Chirita den 11 juni. En dag senare, Ieta presenterade "Karakteristika för roterande joniska vindsystem vid och under atmosfärstryck" för Electrostatics Society of America Conference.

"Detta har en lovande framtid framför sig när det gäller att förfina och förstärka tekniken, "Ieta sa, och proof of concept och ökad medvetenhet kan göra det till något företag kommer att vilja investera i, med tanke på dess potential som en hållbar teknik. "Jag tror att det finns mycket värde i arbetet."

Ieta och studentforskare har redan börjat pröva förbättringar. Till exempel, sätta två propellrar på samma axel, rör sig i motsatta riktningar, kan förstärka dragkraften och arbeta för att lyfta tyngre föremål utan att lägga till vinkelmoment som skulle rotera kroppen.

Potentiella utvecklingar kan inkludera joniska drönare, nya joniska motorer, joniska fläktar, sensorer, linjära motorer och till och med vetenskapliga leksaker och demoverktyg. Ieta testade framgångsrikt att driva en liten leksaksbil med denna teknik, den typ av utveckling som skulle kunna använda denna teknik för att fånga uppmärksamheten hos en generation framtida forskare.