Actualmente, en las alas de los aviones se utilizan pequeñas aletas cerca del borde de ataque o simplemente aguas arriba de las superficies de control para ayudar a controlar la aeronave durante el despegue o el aterrizaje. Pero estas paletas generadoras de vórtices y otras soluciones similares se fijan en su lugar durante todo el vuelo, creando una penalización de crucero por el arrastre. En la Universidad de Illinois se probó una nueva idea prometedora para un dispositivo que utiliza una chispa eléctrica que se puede encender y apagar cuando es necesario para generar aire giratorio a través del ala para una mejor elevación.

"Se nos ocurrió una idea en el laboratorio para una alternativa a las aletas pequeñas, pero lo que hace que este dispositivo sea diferente es que utilizamos la activación activa del plasma. Soy aerodinámico y no físico de plasma, así que sabía que necesitaba asociarme con una pequeña empresa que tenga experiencia en sistemas de plasma. Hay mucha física del plasma en la propulsión de naves espaciales, así que colaboré con CU Aerospace en este proyecto, "dijo Phillip Ansell, investigador y profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de The Grainger College of Engineering en Urbana-Champaign.

El diseño del actuador creado para este estudio incluía un electrodo central de alto voltaje colocado dentro del diámetro interno de un imán de anillo. El electrodo de tierra se colocó alrededor de la circunferencia exterior del imán de anillo, que proporcionó la fuerza necesaria para rotar la descarga de plasma y modificar el flujo.

En el experimento, los investigadores pudieron visualizar los efectos térmicos de la descarga de plasma, que mostraba una columna de aire caliente que se elevaba por encima del actuador junto con un efecto de remolino. Los datos de velocidad se utilizaron para identificar la existencia de una estructura de vórtice por encima del espacio entre electrodos. El vórtice identificado se arremolinaba en una dirección que es consistente con la dirección de rotación del filamento de plasma.

"Este experimento se realizó en lo que llamamos flujo inactivo, que todavía es aire en una caja, "Ansell dijo." Pero, al menos inicialmente, parece que esta técnica puede producir una velocidad de pérdida reducida si se integra en un avión, lo que significa que podemos encenderlos y empujar el avión más fuerte para obtener más sustentación cuando sea necesario, y apáguelos para reducir la resistencia durante el crucero ".

El presidente de CU Aerospace, David Carroll, dijo:"Se generó un gran volumen de datos experimentales fascinantes durante el curso de los esfuerzos de la Fase I y II que pueden tardar años en analizarse por completo. El programa mostró que el aumento de potencia en los actuadores de plasma producía estructuras de vórtice más fuertes".

Ansell dijo desde que completó el trabajo inicial, el equipo de Illinois y CU Aerospace ha continuado trabajando en la tecnología del actuador. Los desarrollos más recientes han incluido pruebas para comprender qué sucede cuando hay un flujo de aire a través de él. También integraron los actuadores en un avión de prueba de vuelo no tripulado como una demostración más de la tecnología.

"En mi mente, Los resultados más emocionantes fueron que algunas pruebas de vehículos aéreos no tripulados mostraron un aumento en la capacidad máxima de elevación, que se reduce la velocidad de pérdida, cuando se activaron los actuadores, exactamente el efecto que esperábamos observar, "Dijo Carroll.

Aunque los beneficios pueden parecer pequeños, Ansell dijo:en aerodinámica, pequeños porcentajes de penalización por crucero se acumulan rápidamente. "Entonces, si podemos mejorar algo al decir, solo un par de porcentajes, puede ahorrar varios millones de dólares en costos de combustible cada año ".

El estudio, "Caracterización experimental de un nuevo actuador de plasma ciclotrónico, "fue publicado en el Foro AIAA Scitech 2020 .