Sådan isisikker den næste generation af fly

35, 000 fod er standard cruisinghøjde for et kommercielt jetfly, men i disse høje højder falder lufttemperaturen under -51 grader Celsius, og der kan let dannes is på vinger. For at forhindre isdannelse og efterfølgende træk på flyet, nuværende systemer udnytter den varme, der genereres ved at brænde brændstof. Men disse høje temperaturer, brændstofafhængige systemer kan ikke bruges på den foreslåede helelektriske, temperaturfølsomme materialer i næste generations fly.

Mens forskere leder efter nye metoder til isdannelse, fysikere fra Northwestern Polytechnical University i Kina og Iowa State University har taget en anden tilgang. De har offentliggjort beviser, i journalen Væskers fysik , viser, at udstyr, der er vigtigt for at kontrollere landing og start, kan fordobles som iskontrol.

"Nuværende metoder til isdannelse er ikke egnede til næste generations luftfartssystemer baseret på de nye luftfartsteknologier, "sagde Xuanshi Meng, en forfatter på papiret." Vi har fundet en glimrende måde at kontrollere isingen på disse nye fly. "

Det afhænger af plasmaaktuatorer.

Plasmaaktuatorer er en særlig type kortslutning. Når der påføres en høj spænding på tværs af de to elektroder, det får luftpartiklerne over det til at ionisere, danner et plasma, og fremkalder et flow, eller vind. Denne plasmaflow over aktuatoren er tidligere blevet manipuleret til at styre aerodynamikken i flyvinger, ændring af lift og træk til landing og start (kendt som flowkontrolapplikationer). Men plasmaaktuatorer frigiver ikke bare en induceret vind.

"Når man anvender en højspænding, det meste omdannes til varme, og resten omdannes til en induceret strømning eller ionisk vind over aktuatoren, så plasmaaktuatoren har både aerodynamiske og varmeeffekter, "sagde Meng.

"Ved at koble de aerodynamiske og termiske aspekter af plasmaaktuatoren, Vi har leveret en helt ny metode til effektiv isning og flowkontrol. "

Plasmakontrolteamet ved Northwestern Polytechnical University indså først virkningen af ​​plasmaaktuatorer på isning i 2012, når en isterning placeret i plasmaudstrømningens udladningsområde hurtigt smeltede.

For yderligere at demonstrere mekanismen for plasmaisbeskyttelse, teamet har designet utrolig tyndt, overflade dielektriske barriereudladningsplasmaaktuatorer og monteret dem på en 3D-trykt plast NACA 0012 flyvefolie. Tre konfigurationer af aktuatorer blev installeret for at undersøge, hvordan forskellige aerodynamik påvirkede isdannelse. Derefter højhastighedskameraer, sammen med infrarød termisk billeddannelse og spredning af lasere med partikler, blev brugt til at visualisere, hvordan den inducerede strømning og termiske output interagerede.

Test blev udført under stille luftforhold samt inde i en isvindtunnel, hvor kolde luftpartikler blev affyret mod flyveprofilen. Teamet fandt ud af, at termisk og flow dynamik er uløseligt forbundet med alle tre aktuatorer.

Plasmaaktuatorerne, der var placeret vinkelret på profilen, var de mest effektive til at overføre varme langs vingen, forhindrer fuldstændig isdannelse. Ved at sammenligne varmeoverførsel og flow mellem de forskellige designs, teamet konkluderede, at det optimale design skal generere så meget varme lokalt, samtidig med at den blandes godt med den indgående luftstrøm.

"Dette kan bruges til at designe et effektivt antisystem ved lave temperaturer nok til at forhindre stress på kompositmaterialedesignet af næste generations fly, "sagde Meng.

Mengs elev, Afaq Ahmed Abbasi, tilføjet, "Den konventionelle anti-isningsteknik bruger luft så varm som 200 grader Celsius til at fordampe vanddråberne, og kompositmateriale har ikke råd til så høje temperaturer. Men plasmaisningsstyringen kan stoppe de superkølige dråber, der danner is på køretøjets overflade uden temperaturer så høje, hvilket er godt for kompositmaterialerne. "

Meng forklarede, at hans teams forslag om at bruge plasmaaktuatorer som anti-is var en "overraskelse" for eksperter i væskemekanik. Meng indrømmer, at de lige er i begyndelsen af ​​denne forskning, og at de stadig skal finde ud af, hvordan varme- og strømningseffekter hænger sammen, og hvordan de præcist arbejder sammen for at sprede superkølede dråber fra en vings overflade.