35, 000 voet is de standaard kruishoogte voor een commercieel straalvliegtuig, maar op die hoge hoogte daalt de luchttemperatuur tot onder -51 graden Celsius en kan zich gemakkelijk ijs vormen op vleugels. Om ijsvorming en daaropvolgende weerstand op het vliegtuig te voorkomen, huidige systemen maken gebruik van de warmte die wordt gegenereerd door de verbranding van brandstof. Maar deze hoge temperatuur, brandstofafhankelijke systemen kunnen niet worden gebruikt op de voorgestelde volledig elektrische, temperatuurgevoelige materialen van vliegtuigen van de volgende generatie.

Terwijl wetenschappers op zoek zijn naar nieuwe methoden om ijsvorming tegen te gaan, natuurkundigen van de Northwestern Polytechnical University in China en de Iowa State University hebben een andere benadering gekozen. Ze hebben bewijs gepubliceerd, in het journaal Fysica van vloeistoffen , waaruit blijkt dat apparatuur die belangrijk is bij het regelen van het landen en opstijgen, kan worden gebruikt als ijsbestrijding.

"De huidige methoden om ijsvorming tegen te gaan zijn niet geschikt voor luchtvaartsystemen van de volgende generatie die gebaseerd zijn op de nieuwe luchtvaarttechnologieën, " zei Xuanshi Meng een auteur op het papier. "We hebben een uitstekende manier gevonden om de ijsvorming op deze nieuwe vliegtuigen te controleren."

Het hangt af van plasma-actuatoren.

Plasma-actuators zijn een speciaal type kortsluiting. Wanneer een hoge spanning over de twee elektroden wordt aangelegd, het zorgt ervoor dat de luchtdeeltjes erboven ioniseren, het vormen van een plasma, en het induceren van een stroom, of wind. Deze plasmastroom over de actuator is eerder gemanipuleerd om de aerodynamica van vliegtuigvleugels te regelen, het veranderen van de lift en weerstand voor landen en opstijgen (bekend als flow control-toepassingen). Maar plasma-actuatoren laten niet alleen een geïnduceerde wind vrij.

"Bij het aanleggen van een hoogspanning, het meeste wordt omgezet in warmte en de rest wordt omgezet in een geïnduceerde stroming of ionische wind over de actuator, dus de plasma-actuator heeft zowel aerodynamische als warmte-effecten, " zei Meng.

"Door de aerodynamische en thermische aspecten van de plasma-actuator te koppelen, we hebben gezorgd voor een volledig nieuwe methode voor efficiënte ijsvorming en stroomregeling."

Het plasmacontroleteam van de Northwestern Polytechnical University realiseerde in 2012 voor het eerst het effect van plasma-actuatoren op ijsvorming. toen een ijsblokje dat in het ontladingsgebied van de plasma-exciter werd geplaatst snel smolt.

Om het mechanisme van plasma-ijsbescherming verder te demonstreren, het team heeft ongelooflijk dun ontworpen, oppervlakte diëlektrische barrière ontlading plasma-actuatoren en monteerde ze op een 3D-geprinte plastic NACA 0012 draagvleugel. Er werden drie configuraties van actuatoren geïnstalleerd om te onderzoeken hoe verschillende aerodynamica de ijsvorming beïnvloedden. Dan hogesnelheidscamera's, naast infrarood warmtebeeld- en deeltjesverstrooiingslasers, werden gebruikt om te visualiseren hoe de geïnduceerde stroming en thermische output op elkaar inwerkten.

De tests werden uitgevoerd in stille lucht en in een ijskoude windtunnel, waar koude luchtdeeltjes op het draagvlak werden afgevuurd. Het team ontdekte dat thermische en stromingsdynamiek onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn voor alle drie de actuatoren.

De plasma-actuatoren die loodrecht op het oppervlak van het vleugelprofiel waren geplaatst, waren het meest effectief in het overbrengen van warmte langs de vleugel, ijsvorming volledig voorkomen. Door warmteoverdracht en stroming tussen de verschillende ontwerpen te vergelijken, het team concludeerde dat het optimale ontwerp zoveel mogelijk warmte lokaal moet genereren, terwijl het ook goed mengt met de inkomende luchtstroom.

"Dit zou kunnen worden gebruikt om een ​​effectief anti-ijsvormingssysteem te ontwerpen bij voldoende lage temperaturen om stress op het composietmateriaalontwerp van vliegtuigen van de volgende generatie te voorkomen, " zei Meng.

de leerling van Meng, Afaq Ahmed Abbasi, toegevoegd, "De conventionele anti-icing-techniek gebruikt lucht zo heet als 200 graden Celsius om de waterdruppels te verdampen, en composietmateriaal kan zich zulke hoge temperaturen niet veroorloven. Maar de plasma-ijsvormingscontrole kan voorkomen dat de onderkoelde druppeltjes ijs vormen op het oppervlak van het voertuig zonder zo hoge temperaturen, wat goed is voor de composietmaterialen."

Meng legde uit dat het voorstel van zijn team om plasma-actuatoren te gebruiken als anti-icers een "verrassing" was voor experts op het gebied van vloeistofmechanica. Meng geeft toe dat ze nog maar aan het begin van dit onderzoek staan ​​en dat ze nog moeten uitzoeken hoe thermische en stromingseffecten met elkaar samenhangen, en hoe ze precies samenwerken om onderkoelde druppels van het oppervlak van een vleugel af te voeren.