35, 000 pies es la altitud de crucero estándar para un avión a reacción comercial, pero en esas alturas elevadas, la temperatura del aire cae por debajo de los -51 grados Celsius y se puede formar hielo fácilmente en las alas. Para evitar la formación de hielo y el consiguiente arrastre de la aeronave, Los sistemas actuales utilizan el calor generado por la quema de combustible. Pero estas altas temperaturas, Los sistemas dependientes del combustible no se pueden utilizar en el modelo totalmente eléctrico propuesto. materiales sensibles a la temperatura de los aviones de próxima generación.

Mientras los científicos buscan nuevos métodos antihielo, Los físicos de la Universidad Politécnica de Northwestern en China y la Universidad Estatal de Iowa han adoptado un enfoque diferente. Han publicado evidencia en el diario Física de fluidos , mostrando que el equipo importante para controlar el aterrizaje y el despegue puede funcionar como control de engelamiento.

"Los métodos antihielo actuales no son adecuados para los sistemas de aviación de próxima generación basados ​​en las nuevas tecnologías de aviación, ", dijo Xuanshi Meng, un autor del artículo." Hemos encontrado una manera excelente de controlar la formación de hielo en estos nuevos aviones ".

Depende de los actuadores de plasma.

Los actuadores de plasma son un tipo especial de cortocircuito eléctrico. Cuando se aplica un alto voltaje a través de los dos electrodos, hace que las partículas de aire sobre él se ionicen, formando un plasma, e induciendo un flujo, o viento. Este flujo de plasma sobre el actuador ha sido previamente manipulado para controlar la aerodinámica de las alas de los aviones. alterar la elevación y la resistencia para el aterrizaje y el despegue (conocido como aplicaciones de control de flujo). Pero los actuadores de plasma no solo liberan un viento inducido.

"Al aplicar un alto voltaje, la mayor parte se convierte en calor y el resto se convierte en un flujo inducido o viento iónico sobre el actuador, por lo que el actuador de plasma tiene efectos aerodinámicos y térmicos, "dijo Meng.

"Al acoplar los aspectos aerodinámicos y térmicos del actuador de plasma, hemos proporcionado un método completamente nuevo para un control eficiente del flujo y la formación de hielo ".

El equipo de control de plasma de la Northwestern Polytechnical University se dio cuenta por primera vez del efecto de los actuadores de plasma sobre la formación de hielo en 2012, cuando un cubo de hielo colocado en el área de descarga del excitador de plasma se derritió rápidamente.

Para demostrar aún más el mecanismo de protección del hielo de plasma, el equipo ha diseñado increíblemente delgado, actuadores de plasma de descarga de barrera dieléctrica de superficie y los montó en una superficie aerodinámica de plástico NACA 0012 impresa en 3D. Se instalaron tres configuraciones de actuadores para investigar cómo las diferentes aerodinámicas impactaban la formación de hielo. Luego cámaras de alta velocidad, junto con imágenes térmicas infrarrojas y láseres de dispersión de partículas, se utilizaron para visualizar cómo interactuaban el flujo inducido y la salida térmica.

Las pruebas se llevaron a cabo en condiciones de aire en calma, así como dentro de un túnel de viento con hielo. donde se dispararon partículas frías de aire al perfil aerodinámico. El equipo descubrió que la dinámica térmica y de flujo están indisolublemente interconectadas para los tres actuadores.

Los actuadores de plasma colocados perpendicularmente a la superficie de la superficie aerodinámica fueron los más efectivos para transferir calor a lo largo del ala. Previniendo completamente la formación de hielo. Comparando la transferencia de calor y el flujo entre los diferentes diseños, el equipo concluyó que el diseño óptimo necesita generar tanto calor localmente, al mismo tiempo que se mezcla bien con el flujo de aire entrante.

"Esto podría usarse para diseñar un sistema antihielo eficaz a temperaturas lo suficientemente bajas para evitar tensiones en el diseño del material compuesto de las aeronaves de próxima generación, "dijo Meng.

Estudiante de Meng, Afaq Ahmed Abbasi, adicional, "La técnica anticongelante convencional utiliza aire tan caliente como 200 grados Celsius para vaporizar las gotas de agua, y el material compuesto no puede permitirse temperaturas tan altas. Pero el control de la formación de hielo por plasma puede evitar que las gotitas superenfriadas formen hielo en la superficie del vehículo sin temperaturas tan altas. lo cual es bueno para los materiales compuestos ".

Meng explicó que la propuesta de su equipo de utilizar actuadores de plasma como antihielo fue una "sorpresa" para los expertos en mecánica de fluidos. Meng admite que están apenas al comienzo de esta investigación y que aún necesitan descubrir cómo se relacionan los efectos térmicos y de flujo. y cómo funcionan exactamente juntos para disipar las gotas sobreenfriadas de la superficie de un ala.