Atualmente em uso nas asas de aviões estão pequenas barbatanas perto da borda de ataque ou apenas a montante das superfícies de controle para ajudar a controlar a aeronave durante a decolagem ou pouso. Mas essas palhetas geradoras de vórtice e outras soluções semelhantes são fixadas em todo o voo, criando uma penalidade de cruzeiro pelo arrasto. Uma ideia nova e promissora para um dispositivo foi testada na Universidade de Illinois que usa uma faísca elétrica que pode ser ligada e desligada quando necessário para gerar ar rotativo ao longo da asa para melhor sustentação.

"Tivemos uma ideia em laboratório para uma alternativa às barbatanas, mas o que torna este dispositivo diferente é que usamos a ativação de plasma ativa. Sou aerodinamicista e não físico de plasma, então eu sabia que precisava fazer parceria com uma pequena empresa que tivesse experiência em sistemas de plasma. Há muita física de plasma na propulsão de naves espaciais, então colaborei com a CU Aerospace neste projeto, "disse Phillip Ansell, pesquisador e professor assistente no Departamento de Engenharia Aeroespacial do Grainger College of Engineering em Urbana-Champaign.

O projeto do atuador criado para este estudo apresentou um eletrodo central de alta tensão colocado dentro do diâmetro interno de um ímã em anel. O eletrodo de aterramento foi colocado em torno da circunferência externa do ímã do anel, que forneceu a força necessária para girar a descarga de plasma e modificar o fluxo.

No experimento, os pesquisadores foram capazes de visualizar os efeitos térmicos da descarga de plasma, que mostrou uma nuvem de ar quente subindo acima do atuador junto com um efeito de redemoinho. Os dados de velocidade foram usados ​​para identificar a existência de uma estrutura de vórtice acima da lacuna do eletrodo. O vórtice identificado girou em uma direção que é consistente com a direção de rotação do filamento de plasma.

"Este experimento foi feito no que chamamos de fluxo quiescente, que ainda é ar em uma caixa, "Ansell disse." Mas, pelo menos inicialmente, parece que esta técnica pode produzir velocidade de estol reduzida se integrada a uma aeronave, o que significa que podemos ligá-los e empurrar a aeronave com mais força para obter mais sustentação sempre que necessário, e desligue-os para reduzir o arrasto durante o cruzeiro. "

O presidente da CU Aerospace David Carroll disse:"Um grande volume de dados experimentais fascinantes foi gerado durante o curso dos esforços das Fases I e II que podem levar anos para serem totalmente analisados. O programa mostrou que o aumento da potência nos atuadores de plasma produziu estruturas vorticais mais fortes."

Ansell disse desde a conclusão do trabalho inicial, a equipe de Illinois e CU Aerospace continuou a trabalhar na tecnologia de atuadores. Desenvolvimentos mais recentes incluíram testes para entender o que acontece quando há um fluxo de ar através dele. Eles também integraram os atuadores em uma aeronave de teste de vôo não tripulado como uma demonstração adicional da tecnologia.

"Em minha mente, os resultados mais empolgantes foram que alguns testes de UAV mostraram um aumento na capacidade máxima de elevação, que diminui a velocidade de estol, quando os atuadores foram ligados - exatamente o efeito que esperávamos observar, "Carroll disse.

Embora os benefícios possam parecer pequenos, Ansell disse, na aerodinâmica, pequenas porcentagens de penalidade de cruzeiro aumentam rapidamente. "Então, se pudermos melhorar algo, digamos, apenas algumas porcentagens, você pode economizar vários milhões de dólares em custos de combustível todos os anos. "

O estudo, "Experimental Characterization of a Novel Cyclotronic Plasma Actuator, "foi publicado no Fórum AIAA Scitech 2020 .