35, 000 pieds est l'altitude de croisière standard pour un avion à réaction commercial, mais à ces hauteurs élevées, la température de l'air chute en dessous de -51 degrés Celsius et de la glace peut facilement se former sur les ailes. Pour éviter la formation de glace et la traînée subséquente sur l'avion, les systèmes actuels utilisent la chaleur générée par la combustion du combustible. Mais ces hautes températures, les systèmes dépendants du carburant ne peuvent pas être utilisés sur le tout électrique proposé, matériaux sensibles à la température des avions de nouvelle génération.

Alors que les scientifiques recherchent de nouvelles méthodes d'antigivrage, des physiciens de la Northwestern Polytechnical University en Chine et de l'Iowa State University ont adopté une approche différente. Ils ont publié des preuves, dans la revue Physique des fluides , montrant que l'équipement important dans le contrôle de l'atterrissage et du décollage peut doubler comme contrôle du givrage.

« Les méthodes d'antigivrage actuelles ne conviennent pas aux systèmes aéronautiques de nouvelle génération basés sur les nouvelles technologies aéronautiques, ", a déclaré Xuanshi Meng, auteur de l'article. "Nous avons trouvé un excellent moyen de contrôler le givrage de ces nouveaux avions."

Cela dépend des actionneurs plasma.

Les actionneurs à plasma sont un type spécial de court-circuit électrique. Lorsqu'une haute tension est appliquée aux deux électrodes, il provoque l'ionisation des particules d'air au-dessus de lui, former un plasma, et induisant un flux, ou du vent. Ce flux de plasma sur l'actionneur a été préalablement manipulé pour contrôler l'aérodynamique des ailes d'avion, modifier la portance et la traînée pour l'atterrissage et le décollage (appelées applications de contrôle de flux). Mais les actionneurs à plasma ne se contentent pas de libérer un vent induit.

"Lors de l'application d'une haute tension, la plus grande partie est convertie en chaleur et le reste est converti en un flux induit ou un vent ionique sur l'actionneur, l'actionneur à plasma a donc à la fois des effets aérodynamiques et thermiques, " a déclaré Meng.

"En couplant les aspects aérodynamique et thermique de l'actionneur à plasma, nous avons fourni une toute nouvelle méthode pour un givrage efficace et un contrôle du débit."

L'équipe de contrôle du plasma de la Northwestern Polytechnical University a réalisé pour la première fois l'effet des actionneurs à plasma sur le givrage en 2012, lorsqu'un glaçon placé dans la zone de décharge de l'excitateur à plasma fond rapidement.

Pour démontrer davantage le mécanisme de protection contre la glace plasma, l'équipe a conçu incroyablement mince, actionneurs plasma de décharge de barrière diélectrique de surface et les ont montés sur un profil aérodynamique en plastique NACA 0012 imprimé en 3D. Trois configurations d'actionneurs ont été installées afin d'étudier l'impact de différentes aérodynamiques sur la formation de glace. Puis des caméras ultra-rapides, aux côtés des lasers à imagerie thermique infrarouge et à diffusion de particules, ont été utilisés pour visualiser comment le flux induit et la production thermique interagissent.

Les tests ont été effectués dans des conditions d'air calme ainsi qu'à l'intérieur d'une soufflerie givrante, où des particules d'air froides ont été tirées sur le profil aérodynamique. L'équipe a découvert que la dynamique thermique et la dynamique d'écoulement sont inextricablement liées pour les trois actionneurs.

Les actionneurs à plasma placés perpendiculairement à la surface de la voilure étaient les plus efficaces pour transférer la chaleur le long de l'aile, empêchant complètement la formation de glace. En comparant le transfert de chaleur et le flux entre les différentes conceptions, l'équipe a conclu que la conception optimale doit générer autant de chaleur localement, tout en se mélangeant bien avec le flux d'air entrant.

« Cela pourrait être utilisé pour concevoir un système d'antigivrage efficace à des températures suffisamment basses pour éviter les contraintes sur la conception des matériaux composites des avions de nouvelle génération, " a déclaré Meng.

L'étudiant de Meng, Afaq Ahmed Abbasi, ajoutée, "La technique d'antigivrage conventionnelle utilise de l'air aussi chaud que 200 degrés Celsius pour vaporiser les gouttelettes d'eau, et le matériau composite ne peut pas se permettre des températures aussi élevées. Mais le contrôle du givrage au plasma peut empêcher les gouttelettes super froides de former de la glace à la surface du véhicule sans températures aussi élevées, ce qui est bon pour les matériaux composites."

Meng a expliqué que la proposition de son équipe d'utiliser des actionneurs à plasma comme anti-givre était une "surprise" pour les experts en mécanique des fluides. Meng admet qu'ils n'en sont qu'au début de cette recherche et qu'ils doivent encore découvrir comment les effets thermiques et de flux sont liés, et comment exactement ils fonctionnent ensemble pour dissiper les gouttelettes surfondues de la surface d'une aile.