Плазменные актуаторы против обледенения фюзеляжей самолётов

Плазменные актуаторы против обледенения фюзеляжей самолётов

Базовая граничная планка высоты полёта реактивного самолета составляет около 10 500 метров. Температура воздуха на такой высоте опускается ниже минус 50˚С. В таких условиях, корпус самолёта начинает покрываться льдом, что недопустимо с точки зрения безопасности. С целью предотвращения образования льда на фюзеляже и крыльях, способствующего снижению скорости движения самолёта, современные конструкции предполагают использование тепла, выделяемого сжиганием топлива. Однако топливные варианты «оттайки», как выясняется, не пригодны к самолётам будущего с электрическими моторами.

Новая эффективная система против обледенения

Специалисты активно ищут новые методы против обледенения, и физикам американского Северо-Западного политехнического университета, похоже, повезло. Учёные выбрали нетрадиционный подход, концепцию которого публикует журнал «Physics of Fluids».

Исходя из публикации, оборудование, используемое для управления посадкой и взлётом аэроплана, допустимо задействовать в качестве мониторинга степени обледенения. В частности, предлагается рассмотреть функционал плазменных актуаторов.

Плазменные актуаторы вызывают особый тип короткого замыкания. Когда высокое напряжение прикладывается к двум электродам, появляется эффект ионизации частиц воздуха, образуя плазменный поток (индуцированный ветер).

Этим плазменным потоком посредством исполнительного механизма манипулировали аэродинамикой крыльев самолёта, изменяя подъемную силу, сопротивление при посадке и взлёте. Но плазменные актуаторы не только формируют индуцированный ветер.

Подачей высокого напряжения большая часть энергии преобразуется в тепло, и только оставшаяся доля энергии преобразуется в индуцированный поток (ионный ветер). Соответственно, плазменные актаторы демонстрируют, как аэродинамическое, так и тепловое воздействие.

Объединяя аэродинамические и тепловые аспекты плазменного актуатора, специалисты получили новый метод борьбы против обледенения при эффективном управлении потоком.

Между тем специалистам Северо-Западного политехнического университета, занимающимся в области управления плазмой, впервые было обнаружено влияние плазменных актуаторов на обледенение ещё в 2012 году. Тогда экспериментально учёные наблюдали быстрое таяние кубика льда, помещённого в зону разряда возбудителя плазмы.

Начиная от момента первого эксперимента, учёные занимались разработкой механизмов защиты самолётов от обледенения. В результате появились уникальные утончённые плазменные актуаторы с разрядным поверхностным диэлектрическим барьером. Исследовательская группа смонтировала модули на 3D-пластиковом профиле в количестве трёх – все разной конфигурации.

Результативность испытательного полигона

Эти новые исполнительные механизмы исследовались в режимах различной аэродинамики с точки зрения влияния на фактор обледенения. Использовались высокоскоростные камеры, а также инфракрасные тепловизоры и лазеры для визуализации взаимодействия индуцированного и теплового потоков.

Исследования показали создание реально эффективной противообледенительной системы, эффективно действующей в условиях достаточно низких температур.


При помощи информации: AIP