35, 000 piedi è l'altitudine di crociera standard per un aereo a reazione commerciale, ma a quelle alte altezze la temperatura dell'aria scende sotto i -51 gradi Celsius e il ghiaccio può facilmente formarsi sulle ali. Per prevenire la formazione di ghiaccio e il conseguente trascinamento sull'aereo, gli attuali sistemi sfruttano il calore generato dalla combustione del combustibile. Ma questi ad alta temperatura, i sistemi dipendenti dal carburante non possono essere utilizzati sulla proposta completamente elettrica, materiali termosensibili degli aerei di nuova generazione.

Mentre gli scienziati sono alla ricerca di nuovi metodi antigelo, i fisici della Northwestern Polytechnical University in Cina e della Iowa State University hanno adottato un approccio diverso. Hanno pubblicato prove, nel diario Fisica dei fluidi , dimostrando che l'attrezzatura importante nel controllo dell'atterraggio e del decollo può raddoppiare come controllo del ghiaccio.

"Gli attuali metodi antighiaccio non sono adatti per i sistemi aeronautici di prossima generazione basati sulle nuove tecnologie aeronautiche, " ha detto Xuanshi Meng un autore sul giornale. "Abbiamo trovato un modo eccellente per controllare la formazione di ghiaccio su questi nuovi aerei".

Dipende dagli attuatori al plasma.

Gli attuatori al plasma sono un tipo speciale di cortocircuito elettrico. Quando viene applicata un'alta tensione ai due elettrodi, fa ionizzare le particelle d'aria sopra di esso, formare un plasma, e inducendo un flusso, o vento. Questo flusso di plasma sull'attuatore è stato precedentemente manipolato per controllare l'aerodinamica delle ali degli aerei, alterare la portanza e la resistenza per l'atterraggio e il decollo (note come applicazioni di controllo del flusso). Ma gli attuatori al plasma non rilasciano solo un vento indotto.

"Quando si applica un'alta tensione, la maggior parte viene convertita in calore e il resto viene convertito in un flusso indotto o vento ionico sull'attuatore, quindi l'attuatore al plasma ha sia effetti aerodinamici che termici, " disse Meng.

"Accoppiando gli aspetti aerodinamici e termici dell'attuatore al plasma, abbiamo fornito un metodo completamente nuovo per la formazione di ghiaccio e il controllo del flusso efficienti."

Il team di controllo del plasma della Northwestern Polytechnical University ha realizzato per la prima volta l'effetto degli attuatori al plasma sulla formazione di ghiaccio nel 2012, quando un cubetto di ghiaccio posto nell'area di scarico dell'eccitatore al plasma si è sciolto rapidamente.

Per dimostrare ulteriormente il meccanismo di protezione dal ghiaccio plasmatico, il team ha progettato incredibilmente sottile, attuatori al plasma a scarica di barriera dielettrica superficiale e li ha montati su un profilo aerodinamico NACA 0012 in plastica stampata in 3D. Sono state installate tre configurazioni di attuatori per studiare in che modo la diversa aerodinamica ha influito sulla formazione del ghiaccio. Poi telecamere ad alta velocità, accanto all'imaging termico a infrarossi e ai laser a dispersione di particelle, sono stati utilizzati per visualizzare come interagiscono il flusso indotto e la potenza termica.

I test sono stati condotti in condizioni di aria ferma e all'interno di una galleria del vento ghiacciata, dove particelle d'aria fredde sono state sparate al profilo alare. Il team ha scoperto che la dinamica termica e del flusso sono inestricabilmente interconnesse per tutti e tre gli attuatori.

Gli attuatori al plasma posti perpendicolarmente alla superficie del profilo aerodinamico erano i più efficaci nel trasferire il calore lungo l'ala, impedendo completamente la formazione di ghiaccio. Confrontando il trasferimento di calore e il flusso tra i diversi design, il team ha concluso che il design ottimale deve generare tanto calore localmente, mescolando bene anche con il flusso d'aria in ingresso.

"Questo potrebbe essere utilizzato per progettare un sistema antigelo efficace a temperature sufficientemente basse da prevenire lo stress sul design del materiale composito degli aerei di prossima generazione, " disse Meng.

studente di Meng, Afaq Ahmed Abbasi, aggiunto, "La tecnica antigelo convenzionale utilizza aria calda fino a 200 gradi Celsius per vaporizzare le goccioline d'acqua, e il materiale composito non può sopportare temperature così elevate. Ma il controllo del ghiaccio al plasma può fermare le goccioline supercool che formano ghiaccio sulla superficie del veicolo senza temperature così alte, che è un bene per i materiali compositi."

Meng ha spiegato che la proposta del suo team di utilizzare attuatori al plasma come antigelo è stata una "sorpresa" per gli esperti di meccanica dei fluidi. Meng ammette che sono solo all'inizio di questa ricerca e che devono ancora scoprire come sono collegati gli effetti termici e di flusso, e come funzionano esattamente insieme per dissipare le goccioline superraffreddate dalla superficie di un'ala.