Forbedring af aerodynamikken under hele flyvningen, ikke kun start og landing

I øjeblikket i brug på flyvemaskiners vinger er små finner nær forkanten eller lige opstrøms for kontroloverflader for at hjælpe med at kontrollere flyet under start eller landing. Men disse vortex generatorvinger og andre lignende løsninger er fastgjort på plads over hele flyvningen, skabe en krydstogtstraffe fra træk. En lovende ny idé til en enhed blev testet på University of Illinois, der bruger en elektrisk gnist, der kan tændes og slukkes, når det er nødvendigt for at generere roterende luft hen over vingen for bedre løft.

"Vi fik en idé i laboratoriet til et alternativ til de små finner, men det, der gør denne enhed anderledes, er, at vi bruger aktiv plasmaaktivering. Jeg er aerodynamiker og ikke plasmafysiker, så jeg vidste, at jeg havde brug for at samarbejde med en lille virksomhed, der har ekspertise inden for plasmasystemer. Der er en masse plasmafysik i rumfartøjsfremdrift, så jeg samarbejdede med CU Aerospace om dette projekt, " sagde Philip Ansell, forsker og adjunkt ved Institut for Luft- og rumfartsteknik ved i The Grainger College of Engineering i Urbana-Champaign.

Designet af aktuatoren skabt til denne undersøgelse indeholdt en central højspændingselektrode placeret inden for den indre diameter af en ringmagnet. Jordelektroden blev placeret rundt om ringmagnetens ydre omkreds, som tilvejebragte den nødvendige kraft til at rotere plasmaudladningen og modificere flowet.

I forsøget, forskerne var i stand til at visualisere de termiske virkninger af plasmaudladningen, som viste en fane af varm luft, der steg over aktuatoren sammen med en hvirvlende effekt. Hastighedsdataene blev brugt til at identificere eksistensen af ​​en hvirvelstruktur over elektrodegabet. Den identificerede hvirvel hvirvlede i en retning, der er i overensstemmelse med rotationsretningen af ​​plasmafilamentet.

"Dette eksperiment blev udført i det, vi kalder stille flow, som stadig er luft i en kasse, " sagde Ansell. "Men, i hvert fald i starten, det ser ud til, at denne teknik kan producere reduceret stallhastighed, hvis den integreres i et fly, hvilket betyder, at vi kan vi kan tænde disse og skubbe flyet hårdere for at få mere løft ud, når det er nødvendigt, og sluk dem for at reducere træk under krydstogt. "

Præsident for CU Aerospace David Carroll sagde, "En enorm mængde fascinerende eksperimentelle data blev genereret i løbet af fase I og II-bestræbelserne, som kan tage år at analysere fuldt ud. Programmet viste, at stigende kraft i plasmaaktuatorerne producerede stærkere hvirvelstrukturer."

Ansell sagde, siden han afsluttede det indledende arbejde, Illinois og CU Aerospace -teamet har fortsat arbejdet med aktuatorteknologien. Nyere udvikling har inkluderet test for at forstå, hvad der sker, når der er en luftstrøm over det. De integrerede også aktuatorerne i et ubemandet flyvetestfly som en yderligere demonstration af teknologien.

"I mine tanker, de mest spændende resultater var, at nogle UAV -test viste en stigning i den maksimale løftekapacitet, det er nedsat stallhastigheden, da aktuatorerne blev tændt - præcis den effekt, vi håbede at observere, " sagde Carroll.

Selvom fordelene kan synes at være små, Ansell sagde, inden for aerodynamik, små procentdele af krydstogtstraffe lægges hurtigt op. "Så hvis vi kan forbedre noget ved at sige, bare et par procenter, du kan spare flere millioner dollars i brændstofomkostninger hvert år. "

Studiet, "Eksperimentel karakterisering af en ny cyclotronisk plasmaaktuator, "blev offentliggjort i AIAA Scitech 2020 Forum .