Momenteel in gebruik op de vleugels van vliegtuigen zijn kleine vinnen nabij de voorrand of net stroomopwaarts van stuurvlakken om het vliegtuig te helpen controleren tijdens het opstijgen of landen. Maar deze vortexgeneratorschoepen en andere soortgelijke oplossingen worden gedurende de hele vlucht op hun plaats gefixeerd, het creëren van een cruise penalty van de weerstand. Een veelbelovend nieuw idee voor een apparaat werd getest aan de Universiteit van Illinois dat een elektrische vonk gebruikt die indien nodig kan worden in- en uitgeschakeld om roterende lucht over de vleugel te genereren voor een betere lift.

"In het lab kwamen we op een idee voor een alternatief voor de kleine vinnen, maar wat dit apparaat anders maakt, is dat we actieve plasma-aansturing gebruiken. Ik ben een aerodynamicus en geen plasmafysicus, dus ik wist dat ik moest samenwerken met een klein bedrijf met expertise in plasmasystemen. Er zit veel plasmafysica in de voortstuwing van ruimtevaartuigen, dus werkte ik samen met CU Aerospace aan dit project, " zei Philip Ansell, onderzoeker en assistent-professor bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan het Grainger College of Engineering in Urbana-Champaign.

Het ontwerp van de actuator die voor dit onderzoek is gemaakt, bevatte een centrale hoogspanningselektrode die in de binnendiameter van een ringmagneet was geplaatst. De aardelektrode werd rond de buitenomtrek van de ringmagneet geplaatst, die de kracht leverde die nodig was om de plasmaontlading te roteren en de stroom te wijzigen.

In het experiment, konden de onderzoekers de thermische effecten van de plasmaontlading visualiseren, die een pluim van warme lucht boven de actuator liet zien, samen met een wervelend effect. De snelheidsgegevens werden gebruikt om het bestaan ​​van een vortexstructuur boven de elektrodeopening te identificeren. De geïdentificeerde vortex wervelde in een richting die overeenkomt met de draairichting van het plasmafilament.

"Dit experiment werd gedaan in wat we rustige stroom noemen, die nog steeds lucht in een doos is, ' zei Ansell. 'Maar, althans aanvankelijk het lijkt erop dat deze techniek een lagere overtreksnelheid kan opleveren als deze in een vliegtuig wordt geïntegreerd, wat betekent dat we deze kunnen inschakelen en het vliegtuig harder kunnen duwen om meer lift te krijgen wanneer dat nodig is, en schakel ze uit om de weerstand tijdens cruise te verminderen."

President van CU Aerospace David Carroll zei:"Er werd een enorme hoeveelheid fascinerende experimentele gegevens gegenereerd tijdens de Fase I- en II-inspanningen die jaren kunnen duren om volledig te analyseren. Het programma toonde aan dat toenemende kracht in de plasma-actuatoren sterkere vorticale structuren produceerde."

Ansell zei sinds de voltooiing van het eerste werk, het team van Illinois en CU Aerospace is blijven werken aan de actuatortechnologie. Meer recente ontwikkelingen omvatten testen om te begrijpen wat er gebeurt als er een luchtstroom doorheen gaat. Ze integreerden de actuatoren ook in een onbemand vliegtestvliegtuig als een verdere demonstratie van de technologie.

"In mijn gedachten, de meest opwindende resultaten waren dat sommige UAV-tests een toename van het maximale hefvermogen lieten zien, dat is de stalsnelheid verlaagd, toen de actuatoren werden ingeschakeld - precies het effect dat we hoopten te zien, ' zei Caroll.

Hoewel de voordelen misschien klein lijken, Ansell zei, op het gebied van aerodynamica, kleine percentages cruise penalty lopen snel op. "Dus als we iets kunnen verbeteren door bijvoorbeeld, slechts een paar procenten, u kunt elk jaar meerdere miljoenen dollars aan brandstofkosten besparen."

De studie, "Experimentele karakterisering van een nieuwe Cyclotronic Plasma Actuator, " werd gepubliceerd in de AIAA Scitech 2020-forum .