Attualmente in uso sulle ali degli aeroplani sono piccole alette vicino al bordo d'attacco o appena a monte delle superfici di controllo per aiutare a controllare l'aereo durante il decollo o l'atterraggio. Ma queste pale del generatore di vortice e altre soluzioni simili sono fissate sul posto durante l'intero volo, creando una penalità di crociera dalla resistenza. Una nuova idea promettente per un dispositivo è stata testata presso l'Università dell'Illinois che utilizza una scintilla elettrica che può essere attivata e disattivata quando necessario per generare aria rotante attraverso l'ala per un migliore sollevamento.

"Abbiamo avuto un'idea in laboratorio per un'alternativa alle pinne, ma ciò che rende questo dispositivo diverso è che utilizziamo l'attivazione del plasma attivo. Sono un aerodinamico e non un fisico del plasma, quindi sapevo che avevo bisogno di collaborare con una piccola impresa che ha esperienza nei sistemi al plasma. C'è molta fisica del plasma nella propulsione dei veicoli spaziali, quindi ho collaborato con CU Aerospace su questo progetto, " ha detto Phillip Ansell, ricercatore e assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale presso il Grainger College of Engineering a Urbana-Champaign.

Il design dell'attuatore creato per questo studio prevedeva un elettrodo centrale ad alta tensione posizionato all'interno del diametro interno di un magnete ad anello. L'elettrodo di massa è stato posizionato attorno alla circonferenza esterna del magnete ad anello, che forniva la forza necessaria per ruotare la scarica di plasma e modificare il flusso.

Nell'esperimento, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare gli effetti termici della scarica di plasma, che mostrava un pennacchio di aria calda che si alzava sopra l'attuatore insieme a un effetto vorticoso. I dati di velocità sono stati utilizzati per identificare l'esistenza di una struttura a vortice al di sopra del gap dell'elettrodo. Il vortice identificato ruotava in una direzione coerente con la direzione di rotazione del filamento di plasma.

"Questo esperimento è stato fatto in quello che chiamiamo flusso quiescente, che è ancora aria in una scatola, " ha detto Ansell. "Ma, almeno inizialmente, sembra che questa tecnica possa produrre una velocità di stallo ridotta se integrata in un aereo, il che significa che possiamo accenderli e spingere l'aereo più forte per ottenere più sollevamento ogni volta che è necessario, e disattivarli per ridurre la resistenza durante la crociera."

Il presidente di CU Aerospace David Carroll ha dichiarato:"Un enorme volume di affascinanti dati sperimentali è stato generato nel corso degli sforzi di Fase I e II che potrebbero richiedere anni per essere analizzati completamente. Il programma ha mostrato che l'aumento della potenza negli attuatori al plasma ha prodotto strutture vorticose più forti".

Ansell ha detto che dopo aver completato il lavoro iniziale, il team dell'Illinois e della CU Aerospace ha continuato a lavorare sulla tecnologia degli attuatori. Sviluppi più recenti hanno incluso test per capire cosa succede quando c'è un flusso d'aria attraverso di esso. Hanno anche integrato gli attuatori in un velivolo per test di volo senza pilota come ulteriore dimostrazione della tecnologia.

"Nella mia mente, i risultati più entusiasmanti sono stati che alcuni test UAV hanno mostrato un aumento della capacità di sollevamento massima, che è diminuita la velocità di stallo, quando gli attuatori sono stati accesi, esattamente l'effetto che speravamo di osservare, " ha detto Carroll.

Sebbene i benefici possano sembrare piccoli, Ansell ha detto, nell'aerodinamica, piccole percentuali di penalità di crociera si sommano rapidamente. "Quindi, se possiamo migliorare qualcosa dicendo, solo un paio di percentuali, puoi risparmiare diversi milioni di dollari in costi di carburante ogni anno."

Lo studio, "Caratterizzazione sperimentale di un nuovo attuatore al plasma ciclotronico, " è stato pubblicato nel Forum AIAA Scitech 2020 .