Actuellement en usage sur les ailes des avions, il y a de petites ailettes près du bord d'attaque ou juste en amont des gouvernes pour aider à contrôler l'avion pendant le décollage ou l'atterrissage. Mais ces aubes de générateur de vortex et autres solutions similaires sont fixées sur tout le vol, créant une pénalité de croisière de la traînée. Une nouvelle idée prometteuse pour un appareil a été testée à l'Université de l'Illinois qui utilise une étincelle électrique qui peut être allumée et éteinte en cas de besoin pour générer de l'air en rotation à travers l'aile pour une meilleure portance.

"Nous avons eu une idée en laboratoire pour une alternative aux petites nageoires, mais ce qui rend cet appareil différent, c'est que nous utilisons un actionnement plasma actif. Je suis aérodynamicien et non physicien des plasmas, Je savais donc que je devais m'associer à une petite entreprise qui possède une expertise dans les systèmes plasma. Il y a beaucoup de physique des plasmas dans la propulsion des engins spatiaux, j'ai donc collaboré avec CU Aerospace sur ce projet, " a déclaré Phillip Ansell, chercheur et professeur adjoint au Département de génie aérospatial du Grainger College of Engineering à Urbana-Champaign.

La conception de l'actionneur créé pour cette étude comportait une électrode haute tension centrale placée dans le diamètre intérieur d'un aimant annulaire. L'électrode de masse a été placée autour de la circonférence extérieure de l'aimant annulaire, qui a fourni la force nécessaire pour faire tourner la décharge de plasma et modifier le flux.

Dans l'expérience, les chercheurs ont pu visualiser les effets thermiques de la décharge plasma, qui montrait un panache d'air chaud s'élevant au-dessus de l'actionneur avec un effet tourbillonnant. Les données de vitesse ont été utilisées pour identifier l'existence d'une structure de vortex au-dessus de l'écartement des électrodes. Le vortex identifié a tourbillonné dans une direction qui correspond au sens de rotation du filament de plasma.

"Cette expérience a été faite dans ce que nous appelons le flux de repos, qui est encore de l'air dans une boite, " dit Ansell. " Mais, au moins initialement, il semble que cette technique puisse réduire la vitesse de décrochage si elle est intégrée à un aéronef, ce qui signifie que nous pouvons les allumer et pousser l'avion plus fort pour obtenir plus de portance chaque fois que cela est nécessaire, et éteignez-les pour réduire la traînée pendant la croisière."

Le président de CU Aerospace, David Carroll, a déclaré :"Un énorme volume de données expérimentales fascinantes a été généré au cours des efforts des phases I et II qui peuvent prendre des années pour être entièrement analysés. Le programme a montré que l'augmentation de la puissance dans les actionneurs à plasma produisait des structures tourbillonnaires plus fortes."

Ansell a déclaré que depuis la fin des travaux initiaux, l'équipe de l'Illinois et de CU Aerospace a continué à travailler sur la technologie des actionneurs. Des développements plus récents ont inclus des tests pour comprendre ce qui se passe lorsqu'il y a un flux d'air à travers elle. Ils ont également intégré les actionneurs dans un avion d'essai en vol sans pilote comme une démonstration supplémentaire de la technologie.

"Dans mon esprit, les résultats les plus intéressants ont été que certains tests d'UAV ont montré une augmentation de la capacité de levage maximale, qui est diminué la vitesse de décrochage, lorsque les actionneurs ont été allumés - exactement l'effet que nous espérions observer, " dit Carroll.

Bien que les avantages puissent sembler faibles, Ansell a dit, en aérodynamique, de petits pourcentages de pénalité de croisière s'additionnent rapidement. "Donc, si nous pouvons améliorer quelque chose en disant, quelques pourcentages, vous pouvez économiser plusieurs millions de dollars en coûts de carburant chaque année."

L'étude, "Caractérisation expérimentale d'un nouvel actionneur plasma cyclotronique, " a été publié dans le Forum AIAA Scitech 2020 .