Ion wind propulsion system for flying objects

The rapidly growing aviation sector worldwide is facing several global trends that are reflected in national strategies with opportunities and potential for future developments. Key factors here are the increase in air traffic, the desire for independence from oil and increasing environmental awareness in the form of clearly defined climate protection goals to reduce CO2 emissions, with aviation currently causing 2.7% of man-made CO2 emissions worldwide according to the International Energy Agency. Oil-based fuel costs now account for around 50% of the operating costs of wide-body aircraft and are continuing to rise according to long-term forecasts. The increasing environmental awareness is leading to strict political requirements and tighter regulations for the operation of aircraft internationally, with the current focus on increasing fuel efficiency by 1.5%/year, carbon-neutral traffic growth from 2020 and reducing pollutant emissions by 50% by 2050. The solution to the challenges mentioned will not only lie in the use of biofuels and more efficient aircraft, but must also be supplemented with corresponding innovations in the field of electrically powered aircraft (e-aircraft). The necessary progress on the way to green flying is already clearly visible in the area of ​​batteries and e-aircraft engines for e-aircraft. The ion wind drive addressed in the IonAs exploratory project is of promising importance in this context, as it is an emission-free (no pollutant or noise emissions) drive for aircraft that does not require any moving parts and can also be powered by electricity from renewable energy sources.
The goals and innovations of the IonAs project cover several subject areas. The innovative ion wind drive is to be analyzed and experimentally investigated as an application for aircraft. To this end, the fundamental theoretical aspects of generating thrust through corona discharges and the challenges of practical implementation are to be identified using experimental investigations. With regard to the production of the collector electrode as a mechanically supporting element of the aircraft cell, the goal is to develop a structure that has sufficiently high strength and is as light as possible. The high complexity of such a structure is to be addressed advantageously by the methodology of additive manufacturing. The project results are to be used to explore the usefulness of developing an aircraft with ion wind propulsion using the example of a VTOL UAV.
The industrial cooperation partners of a future R&D&I project for the development of an environmentally friendly aircraft with an ion wind propulsion will be able to draw clear conclusions from the exploratory results and the roadmap created in the project. In the event of positive exploratory results, in a first step, the Austrian UAV manufacturers, test infrastructure providers and new start-ups in particular can directly or indirectly exploit the IonAs project results and generate a technical and economic advantage over their international market competitors.

[Original text]
"Ionenwind-Antriebssystem für Flugobjekte"
Der weltweit stark wachsende Luftfahrtsektor steht mehreren globalen Trends gegen-über, die sich in nationalen Strategien mit Chancen und Potentialen für künftige Ent-wicklungen ab¬bilden. Wesentliche Faktoren dabei sind die Zunahme des Luftver¬kehrs, der Drang nach Unab¬hängig¬keit vom Erdöl und das steigende Umwelt¬bewusst¬sein in Form von klar definier¬ten Klimaschutzzielen zur Reduktion des CO2-Ausstoßes, wobei die Luftfahrt laut der Internationalen Energieagentur derzeit weltweit 2,7 % des von Menschen erzeugten CO2-Ausstoßes ver¬ursacht. Die auf Öl basieren¬den Treib¬stoff-kosten stellen mittler¬weile einen Anteil von rund 50 % an den Betriebs¬kosten von Großraum¬flug¬zeugen dar und sind laut Langzeitprognosen weiter steigend. Das ansteigende Umwelt¬bewusstsein führt international zu strengen politi¬schen Auflagen und verschärften Regularien für den Betrieb von Flugzeugen, wobei derzeit eine Steigerung der Treibstoffeffizienz um 1,5 %/a, ein kohlenstoffneutrales Verkehrs-wachs¬tum ab 2020 und eine Reduktion der Schadstoffemissionen um 50 % bis 2050 im Vordergrund stehen. Die Lösung der genannten Herausforderungen wird nicht nur in der An¬wend¬ung von Bio-Treibstoffen und effizienteren Flugzeugen liegen, sondern muss mit entsprechen¬den Innovationen im Bereich der elektrisch angetriebenen Flugzeuge (E-Flugzeuge) ergänzt werden. Die notwendigen Fort¬schritte auf dem Weg zum grünen Fliegen sind bei E-Flug¬zeugen im Bereich der Batte¬rien und E-Flug¬zeug-motoren bereits deutlich sicht¬bar. Dem im Sondierungsprojekt IonAs adressierten Ionenwind-Antrieb kommt in diesem Zusam¬men¬hang eine vielversprechende Be-deutung zu, da es sich um einen emissions¬freien (keine Schadstoff- und Lärm¬emis¬sio-nen) und ohne bewegliche Teile auskom¬men¬den Antrieb für Fluggeräte handelt, der zudem mit Strom aus erneuerbaren Ener¬gie¬quellen be¬trieben werden kann.
Die Ziele und Innovationen des Projekts IonAs liegen in mehreren Themenberei¬chen. Der innovative Ionenwind-Antrieb soll als Anwendung für Fluggeräte analysiert und experimentell untersucht werden. Dazu sollen die grundlegenden theoretischen Aspekte der Schuberzeugung durch Koronaentladungen und die Herausforderungen der praktischen Umsetzung anhand von experimentellen Untersuchungen identifiziert werden. Hinsichtlich der Fertigung der Kollektorelektrode als mechanisch tragendes Element der Fluggerätezelle ist das Ziel die Entwicklung einer Struktur, die eine ausreichend hohe Festig¬keit bei möglichst geringem Gewicht aufweist. Der hohen Kom¬plexität einer solchen Struktur soll durch die Methodik der additiven Fertigung vor¬teil¬haft begegnet werden. Anhand der Projektergebnisse soll die Sinnhaftigkeit einer Ent¬wick¬lung eines Fluggerätes mit Ionenwind-Antrieb am Beispiel eines VTOL UAV aus¬ge¬lotet werden. 
Die industriellen Kooperationspartner eines zukünfti¬gen F&E&I-Projekts für die Ent-wicklung eines umweltfreundlichen Fluggeräts mit einem Ionenwind-Antrieb werden aus den Sondierungsergebnissen und der im Projekt erstellten Roadmap eindeutige Rückschlüsse ziehen können. Im Fall von positiven Sondierungsergebnissen können in einem ersten Schritt insbe¬son¬dere die öster¬reichischen UAV-Hersteller, Anbieter von Testinfra¬strukturen und neue Start-Ups die Projektergebnisse von IonAs direkt oder indirekt verwerten und daraus einen technischen und wirt¬schaft¬lichen Vorteil gegenüber den internationalen Marktbe¬gleitern generieren.