35,000 pies es la altitud de crucero estándar para un avión comercial, pero a esas elevadas alturas la temperatura del aire cae por debajo de -51 grados Celsius y el hielo puede formarse fácilmente en las alas. Para evitar la formación de hielo y el posterior arrastre en el avión, los sistemas actuales utilizanel calor generado por la quema de combustible. Pero estos sistemas de alta temperatura que dependen del combustible no se pueden usar en los materiales totalmente eléctricos propuestos sensibles a la temperatura de los aviones de próxima generación.
Mientras los científicos buscan nuevos métodos antihielo, los físicos de la Universidad Politécnica del Noroeste de China y la Universidad Estatal de Iowa han adoptado un enfoque diferente. Han publicado pruebas en la revista Física de fluidos , por AIP Publishing, que muestra que el equipo importante para controlar el aterrizaje y el despegue puede duplicarse como control de formación de hielo.
"Los métodos anticongelantes actuales no son adecuados para los sistemas de aviación de próxima generación basados en las nuevas tecnologías de aviación", dijo Xuanshi Meng, autor del artículo. "Hemos encontrado una excelente manera 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, formen un plasma e induzcan un flujo o viento. Este flujo de plasmasobre el actuador ha sido manipulado previamente para controlar la aerodinámica de las alas de los aviones, alterando el levantamiento y arrastre para aterrizar y despegar conocido como aplicaciones de control de flujo. Pero los actuadores de plasma no solo liberan un viento inducido.
"Cuando se aplica un alto voltaje, la mayoría 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 de calor", dijo Meng.
"Al acoplar los aspectos aerodinámicos y térmicos del actuador de plasma, hemos proporcionado un método completamente nuevo para el control eficiente de la formación de hielo y el flujo"
El equipo de control de plasma de la Universidad Politécnica de Northwestern se dio cuenta por primera vez del efecto de los actuadores de plasma en la formación de hielo en 2012, cuando un cubito de hielo colocado en el área de descarga del excitador de plasma se derritió rápidamente.
Para demostrar aún más el mecanismo de protección contra el hielo de plasma, el equipo ha diseñado actuadores de plasma de descarga de barrera dieléctrica de superficie increíblemente delgados y los ha montado en un perfil de plástico NACA 0012 impreso en 3D. Se instalaron tres configuraciones de actuadores para investigar qué tan diferentesla aerodinámica impactó la formación de hielo. Luego, se utilizaron cámaras de alta velocidad, junto con imágenes térmicas infrarrojas y láseres de dispersión de partículas, para visualizar cómo interactuaban el flujo inducido y la salida térmica.
Las pruebas se llevaron a cabo en condiciones de aire quieto, así como dentro de un túnel de viento de hielo, donde se dispararon partículas frías de aire al perfil aerodinámico. El equipo descubrió que la dinámica térmica y de flujo están inextricablemente interconectadas para los tres actuadores.
Los actuadores de plasma colocados perpendicularmente a la superficie del perfil aerodinámico fueron los más efectivos para transferir calor a lo largo del ala, evitando por completo la formación de hielo. Al comparar la transferencia de calor y el flujo entre los diferentes diseños, el equipo concluyó que el diseño óptimo necesita generar tantocalentar localmente, mientras que también se mezcla bien con el flujo de aire entrante.
"Esto podría usarse para diseñar un sistema anticongelante eficaz a temperaturas suficientemente bajas para evitar el estrés en el diseño de material compuesto de los aviones de próxima generación", dijo Meng.
El estudiante de Meng, Afaq Ahmed Abbasi, agregó: "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 en plasma puede detener el superenfriamientogotas que forman 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 anticongelantes fue una "sorpresa" para los expertos en mecánica de fluidos. Meng admite que están justo al comienzo de esta investigación y que aún necesitan descubrir cómo funcionan térmicamente y fluyenlos efectos están vinculados y cómo funcionan exactamente juntos para disipar las gotas sobreenfriadas de la superficie de un ala.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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