Ентузіаст з каналу Plasma Channel представив BSI Mark II — іонний плазмовий двигун, який перевершує оригінальну конструкцію за всіма параметрами. Новий пристрій удвічі компактніший, генерує вдвічі більший повітряний потік і значно міцніший, працюючи на десятках тисяч вольт без жодних рухомих частин.
Виклик прийнятоІсторія почалася у 2018 році, коли MIT створив перший у світі літак з іонним двигуном. У відповідь автор каналу розробив власний варіант, названий іонним двигуном наступного покоління. Попередня версія показала вимірювану тягу, але залишалася досить примітивною з очевидним простором для вдосконалення.
Справжній поштовх до створення Mark II дав друг автора з Португалії — Джоель побудував власний іонний двигун і досяг швидкості майже 6 м/с, самовпевнено проголосивши себе “королем швидкості”. Цей виклик змусив повернутися до креслярської дошки.
Ключові покращенняНова конструкція включала кілька фундаментальних змін. По-перше, освоєння 3D-друку дозволило створити легші та компактніші несучі структури. По-друге, круглі електроди першої версії створювали турбулентність,
а латунь додавала зайвої ваги — усі електроди перепроектували з урахуванням аеродинаміки та зниження маси.
Експеримент з різними конфігураціями електродів мав показати оптимальне розташування. Найскладнішим інженерним завданням стало створення корпусу: відкрита рама попередника добре підходила для тестів, але жахливо для ефективного повітряного потоку. Потрібен був кожух, який забезпечує допоміжний потік з боків, одночасно утримуючи та фокусуючи повітря всередині двигуна.
Методична оптимізаціяРозробка почалася з удосконалення однієї секції. Перша збірка отримала вхідний отвір напівтрубної форми Вентурі для покращення повітряного потоку та зменшення вихрових струмів, плюс регульований бічний впуск між позитивним і негативним електродами для всмоктування повітря через низький тиск усередині корпусу.
Живлення забезпечував імпульсний блок: 15 вольт на зворотний трансформатор, далі помножувач напруги — з 8000 вольт на виході виходило 50000. Перші тести з відстанню між електродами 25 мм показали 1,5 м/с. Скорочення до 16 мм дало приголомшливий результат — 2,3–2,4 м/с,
середнє значення 2,1 м/с для однієї секції.
Припущення про ефект ще меншої відстані підтвердилося: видалення 9 мм довжини з кожуха Вентурі після 8 годин друку та кількох чашок кави підняло швидкість до 2,3 м/с — приріст на 10%.
Візуалізація потоківДля аналізу повітряного руху використали кілька методів. Полум’я свічки гасло миттєво, не витримуючи напору. Для детальної картини застосували сухий лід з відділу морепродуктів — у гарячій воді він створює чудовий туман. Чорний акриловий фон покращив видимість, і після ввімкнення стало очевидно: впускний отвір Вентурі працює бездоганно.
Перехресне розташування електродів перпендикулярно один одному, яке часто радили для першої версії, дало несподіваний результат — лише 2 м/с. Автор припускав, що решітчаста структура створить передбачувані організовані зони генерації іонного вітру в точках перетину проводів, але виявилося інакше. Паралельне розташування залишилося оптимальним.
Тест з розміщенням позитивного дроту безпосередньо навпроти заземлень замість зміщення між ними також показав лише 2 м/с. Висновок: зміщені електроди — найефективніша конфігурація.
Парадокс багатоступінчатостіСтара версія видавала 2,3 м/с з трьома ступенями. Одна секція Mark II вже досягла 90% цієї швидкості при вазі трохи більше 120 грамів — пропорційно легша. Логічним кроком стала збірка трьох ступенів нової конструкції.
Після кількох днів 3D-друку повна збірка з трьома ідентичними секціями, однаковими відстанями між ступенями та електродами, головним і двома допоміжними впусками показала 3 м/с. Хоча це покращення, потрійна вага дала лише 30% додаткової швидкості — навряд чи перемога.
Консультація з другом Алексом, який працює в ракетній компанії Лос-Анджелеса, привела до критичного тесту: комп’ютерний вентилятор (2 м/с) перед однією секцією двигуна (також 2 м/с). Якщо ефект лінійний, вихід мав би дати 4 м/с. Реальність: приріст лише 0,1–0,2 м/с.
Це розкрило фундаментальну ваду: повітря, що надходить зі швидкістю 2 м/с і більше, не встигає провзаємодіяти з наступним набором електродів і прискоритися. Другий і третій ступені практично марні.
Фінальне рішенняРішення знайшлося в дослідженнях NASA з іонних двигунів і пораді підписника Чарлі:
тонший дріт і подовжені заземлення. Позитивний електрод змінився з 32-го калібру на 36-й (значно тонший), круглі трубки заземлення замінили аеродинамічними. Відстань між ступенями скоротили на 10 мм, загальна довжина — трохи більше 19 см, вага 450 грамів (на 10% легше першого BSI або еквівалент банки енергетика).
Після 15 годин друку фінальна версія пройшла випробування на різних потужностях:
- 30 Вт: 1,6–1,7 м/с
- 50 Вт: 2,4–2,6 м/с
- 90 Вт (повна): 3,8–4 м/с
Вражаючі результатиВізуалізація туманом показала бездоганну роботу: плавний потік над краями впускного отвору, колосальний рух повітря, а бічні впуски ефективно всмоктують додаткове повітря. Для демонстрації вихідного потоку використали вогонь — результат перевершив очікування.
Вихідний отвір діаметром 12 см штовхає повітря на 4 м/с. Порівняння з Mark I красномовне:
- Mark I 38 см довжини, 495 г, 2,3 м/с, крихка конструкція
- Mark II 19 см, 450 г (на 10% легше), 4 м/с, структурно міцний
Удвічі компактніший, удвічі швидший, міцніший — безумовне вдосконалення. Цей досвід дав глибоке розуміння аеродинаміки та наблизив на крок до власного літака з іонним двигуном — це кінцева мета конструктора.
Запис Інженер створив іонний плазмовий двигун: 90 Вт і 4 м/с спершу з'явиться на ProstoMob.
