物理学家对下一代防冰航空系统采取了不同的方法

对于一架商用喷气式飞机来说,35,000英尺被认为是标准的巡航高度。然而,在这些高空的空气温度会降至-51°C以下,因此,机翼很容易结冰。

为了防止冰的形成以及由此产生的对飞机的阻力,现有的系统使用燃料燃烧产生的热量。然而,这些依赖燃料和高温的系统不能用于拟议的最先进飞机的温度敏感、全电材料。欧洲杯足球竞彩

当研究人员寻找创新的防冰技术时,来自中国爱荷华州立大学和西北工业大学的物理学家们采用了一种完全不同的方法。他们已将研究结果报告在每年出版的杂志物理的流体这表明,设备在控制起飞和降落方面的重要性也可以起到结冰控制的作用。2020欧洲杯下注官网

现有的防结冰方法不适用于基于新航空技术的下一代航空系统。我们找到了一种很好的方法来控制这些新飞机的结冰

宣实孟,研究作者,西北工业大学流体力学系

它依靠等离子体驱动器。

等离子体驱动器被认为是一种独特的短路类型。通过对电极施加高电压,电极上方的空气粒子被电离,随后形成等离子体,诱导风或流。欧洲杯猜球平台早些时候,这种流过驱动器的等离子体流被用来调节飞机机翼的空气动力学,改变起飞和着陆的阻力和升力(称为流量控制应用)。然而,等离子体驱动器并不是简单地释放感应风。

当施加高电压时,大部分转化为热量,其余转化为诱导流或离子风在驱动器上,所以等离子驱动器具有空气动力学和热效应。通过耦合等离子体执行器的气动和热方面,我们提供了一个全新的方法,有效的结冰和流动控制

宣实孟,研究作者,西北工业大学流体力学系

2012年早些时候,西北工业大学的等离子体控制团队首次意识到等离子体致动器对结冰的影响。当放置在等离子体激发器放电区域的冰块迅速融化时,研究小组观察到了这一现象。

为了进一步阐明等离子体冰的保护机制,该团队创建了非常薄的表面介质阻挡放电等离子体驱动器,然后将它们安装在3D打印的塑料NACA 0012机翼上。

为了研究不同的空气动力学如何影响冰的形成,安装了三种配置的致动器,然后,使用高速摄像机,红外热成像和粒子散射激光,观察诱导流和热输出相互作用的方式。

随后,测试在静止空气条件下进行,也在结冰风洞内,在其中寒冷的空气粒子针对机翼。欧洲杯猜球平台研究人员发现,在这三种驱动器中,流动和热动力学是密不可分的。

研究发现,垂直于机翼表面的等离子体致动器在沿机翼传递热量方面是最有效的,完全防止了冰的形成。该团队比较了不同设计之间的热量传递和流动,最终得出的结论是,最佳设计必须在当地产生尽可能多的热量,同时,它应该与进入的气流适当结合。

这可以用于在足够低的温度下设计有效的防结冰系统,以防止下一代飞机的复合材料设计受到压力。

宣实孟,研究作者,西北工业大学流体力学系

孟的一名学生阿法克·艾哈迈德·阿巴西补充说:传统的防结冰技术是利用温度高达200摄氏度的空气来蒸发水滴,而复合材料承受不起如此高的温度。但是等离子体结冰控制可以在没有过高温度的情况下阻止过冷液滴在飞行器表面形成冰,这对复合材料有利欧洲杯足球竞彩”。

孟进一步表示,他的团队利用等离子体执行器作为防冰器的提议令流体力学专家感到“意外”。尽管如此,他承认这一研究仍处于初期阶段,还需要做更多的研究来确定热效应和流动效应是如何相互关联的,以及它们如何准确地一起驱散机翼表面的过冷液滴。

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