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校园风光

美国科学促进会EurekAlert报道我校航空学院孟宣市、蔡晋生教授的

时间:2019-04-08 02:00 来源:未知 作者:信息发布中心

西工大新闻网4月4日电陆宇鹏)近日,由美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science, AAAS)主办的全球科技新闻服务网站EurekAlert以“下一代飞机如何防冰?新一代飞机正徘徊在地平线上,这些飞机需要新的技术来帮助他们飞向天空”为题,报道了我校航空学院孟宣市、蔡晋生教授与爱荷华州立大学胡晖教授发表在流体物理期刊(Physics of Fluids)、题目为“Mechanism study of coupled aerodynamic and thermal effects using plasma actuation for anti-icing”的研究成果。该成果证明了等离子体不仅可以作为主动流动控制技术用于起飞降落时的增升与减阻,还可以在结冰环境下用于飞机关键气动部件的结冰控制。

本研究得到了国家自然科学基金(No.11672245)、我校基础研究基金(No.3102018JCC008)、我校飞行器复杂流动与控制学科创新引智基地(No. B17037)基金等资助。同时胡晖教授也是该引智基地的海外专家。因此该研究是我校在注重基础研究、注重与国际一流高校进行实质性科研合作方面所取得的显著的成果。

AAAS是非盈利性国际科技组织、全球著名综合性科学杂志《Science》(《 科学》)的主办和出版者,也是世界上最大的科学和工程学协会的联合体。其涉及的学科包括数学、物理、化学、天文、地理和生物等自然科学和社会科学。

新闻报道网址:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-04/aiop-hti040119.php

论文地址:https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.5086884

全文的中文翻译如下:

(PUBLIC RELEASE: 1-APR-2019)

下一代飞机如何防冰?

新一代飞机正徘徊在地平线上,这些飞机需要新的技术来帮助他们飞向天空

AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS (美国物理学会)

华盛顿特区,2019年3月28日- 35,000英尺是商用喷气式飞机的标准巡航高度,但在那些高高度的空气温度下降到-51摄氏度以下,冰很容易在机翼上形成。为了防止结冰和随后的飞机阻力,现有系统利用燃烧燃料产生的热量。但这些高温,依赖燃料的系统不能用于下一代飞机的全电动,温度敏感材料。

科学家们正在寻找新的防冰方法,来自中国西北工业大学和爱荷华州立大学的科研人员采取了不同的方法。他们在AIP出版社的“流体物理学”杂志上发表了证据,证明用于起飞降落阶段的流动控制技术可以同时用来进行结冰控制。

“目前的防冰方法不适用于基于新航空技术的下一代航空系统,”该文章的作者孟宣市表示。“我们找到了用于这些新飞机结冰控制的绝佳方法。”

这取决于等离子激励器。

等离子体激励器是一种特殊类型的高压电路。当在两个电极上施加高电压时,它使其上方的空气分子电离,形成等离子体,并诱导出离子风。研究者已经证明等离子体激励器可以改善飞机机翼的空气动力,从而改变着陆和起飞时的升力和阻力(被称为主动流动)。但等离子体执行器不仅会释放诱导风。

“当施加高压时,大部分被转换棋牌乐成热量,其余部分转换成致动器上的诱导流动或离子风,因此等离子体执行器同时具有空气动力学和热效应,”孟宣市说。

“通过等离子体激励器的空气动力和热耦合效应,我们提供了一种全新的高效结冰与流动控制方法。”

西北工业大学的等离子体控制团队在2012年首次实现了等离子体执行器对结冰的影响,当时放置在等离子体激励器放电区域的冰块迅速融化。

为了进一步证明等离子体激励下结冰控制机制,该团队设计了极其薄的表面介质阻挡放电等离子体执行器,并将它们安装在3D打印的塑料NACA 0012翼型上。安装了三种执行器配置,以研究不同的空气动力学如何影响结冰。然后使用高速摄像机以及红外热成像和粒子散射激光来观察诱导流动和热输出如何相互作用。测试是在静止空气条件下以及结冰风洞内进行的。

该团队发现,所有三个执行器的热量和流量动态都是密不可分的。

垂直于翼型表面放置的等离子体致动器在沿翼面传递热量方面最有效,完全防止结冰。通过比较不同设计之间的传热和流量,该团队得出结论,优化设计需要在局部产生尽可能多的热量,同时产生的诱导气流还能与主流气流充分混合。

“这可用于在足够低的温度下设计有效的防冰系统,以防止对下一代飞机的复合材料设计造成压力,”孟宣市说。

博士生Afaq Ahmed Abbasi补充说:“传统的防冰技术使用200摄氏度的高温空气来蒸发水滴,而复合材料则无法承受如此高的温度。但等离子结冰控制主要是阻止过冷却水滴的结冰,所以其激励温度不高,这对复合材料有利。“

孟宣市解释说,他的团队建议使用等离子激励器作为防冰装置,这对流体力学专家来说是一个“惊喜”。同时,孟宣市承认他们的研究刚刚开始,他们仍然需要了解热效应和流动效应是如何联系在一起的,以及它们如何协同工作以防止机翼表面的结冰。



文章“基于气动效应和热效应耦合效应的等离子体激励防冰机理研究”由Xuanshi Meng(孟宣市),Haiyang Hu(胡海洋),Chang Li(李昌),Afaq Ahmed Abbasi,Jinsheng Cai(蔡晋生)和Hui Hu(胡晖)撰写。

该文章于2019年3月12日出现在流体物理学中(DOI:10.1063 / 1.5086884),

下载地址:https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5086884

(审稿:张伟伟)

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