×
  • ورود ثبت نام فراموش کرده ام

آخرین اخبار داخلی و خارجی

نسل جدید بدنه هواپیما با خاصیت ضدیخ
اخبار خارجی 2 اردیبهشت 1615

نسل جدید بدنه هواپیما با خاصیت ضدیخ

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

دانشمندان با استفاده از فناوری پلاسمای سرد روشی را توسعه داده‌اند تا بتوان بدنه‌های هواپیما را در برابر دمای بسیار کم، مقاوم ساخت.

هواپیمای مسافربری معمولا تا ارتفاع 35000 فوتی پرواز می‌کند، در این ارتفاع درجه حرارت به -15 درجه‌سانتیگراد می‌رسد و بدنه و در این دما، بال هواپیما به راحتی یخ می‌زد. برای پیش‌گیری از حالت یخ‌زدگی، از سوخت هواپیما برای ممانعت از بروز چنین مشکلی، استفاده می‌شود اما باید به این نکته توجه نمود که نسل جدید هواپیما که مبنی بر قطعات الکتریکی و مواد حساس به حرارت است را نمی‌توان در معرض حرارت بالا قرار داد.

تکنیک‌هایی که برای ضدیخ نمودن مورد استفاده قرار می‌گیرد پاسخگوی نسل جدید سیستم‌های حمل و نقل مبتنی بر فناوری‌های جدید هواپیمایی نیست لذا در یک همکاری مشترک میان محققین دانشگاه پلی تکنیک شمال غرب چین و نیز دانشگاه ایالتی آیووا فناوری را توسعه داده‌اند که با استفاده از پلاسمای سرد بتواند یخ‌زدگی در سطح بدنه را کاهش دهد.

این معضل تنها با استفاده از فناوری پلاسمای سرد حل می‌شود.

محرک‌های پلاسما نوع خاصی از مدار الکتریکی کوتاه هستند. هنگامی که ولتاژ بالا میان دو الکترود وارد می‌شود، ذرات هوا بالای آن یونیزه می‌شود و پلاسما شکل می‌گیرد و جریان را تشکیل می‌دهد. این جریان پلاسما در بخش آیرودینامیک بال‌های هواپیما و تغییراتی که در زمان اوج گرفتن و فرود آمدن ایجاد می‌شود، جاری می‌شود.

بخش عمده‌ای از این ولتاژ بالا به گرما تبدیل می‌شود و باقیمانده آن به صورت جریان القایی و یا باد یونی بر روی سطح تبدیل می‌شود و به همین دلیل پلاسما با اثرات آیرودینامیکی و حرارتی پدیدار می‌شود. با ترکیب دو جنبه آیرودینامیکی و حرارتی در پلاسما، تکنیک جدید برای یخ‌زدایی ابداع نمودند.

در آزمایشات انجام شده توسط تیم کنترل دانشگاه پلی تکنیک بر روی تکه‌ای از یخ دریافتند که پلاسما می‌تواند آن را به سرعت ذوب کند. برای نشان داد نحوه عملکرد پلاسما، این تیم تحقیقاتی محرک‌های پلاسمای تخلیه سد دی‌الکتریک سطحی (Surface dielectric barrier discharge) فوق‌العاده نازک طراحی کردند و آنها را بر روی یک ایرفویل پلاستیکی چاپ سه بعدی شده از جنس NACA 0012 نصب کردند. برای بررسی اثر آیرودینامیک‌های مختلف بر نحوه‌ی تشکیل یخ، محرک‌ها در سه وضعیت مختلف قرار گرفتند. در ادامه دوربین‌های سرعت بالا به همراه تصویربرداری حرارتی مادون قرمز و لیزرهای تفرق ذره، به منظور تجسم نحوه‌ی برهمکنش جریان القایی و حرارت خروجی مورد استفاده قرار گرفتند.

آزمایش‌ها در شرایط هوای ثابت و همچنین در داخل تونل باد یخ زا (Icing wind tunnel)، جایی که ایرفویل در معرض تماس با ذرات هوای سرد قرار می‌گیرد، انجام شد. محققان دریافتند دینامیک حرارتی و جریان برای هر سه وضعیت به طور پیچیده‌ای به هم پیوسته هستند.

محرک‌های پلاسما که عمود بر سطح ایرفویل قرار گرفتند بیشترین تأثیر را بر انتقال حرارت در طول بال هواپیما داشتند و کاملا از یخ زدگی جلوگیری کردند. با مقایسه انتقال حرارت و جریان بین طرح‌های مختلف، تیم تحقیقاتی به این نتیجه رسیدند که در طراحی بهینه نیاز به تولید حرارت موضعی بیشتر تا حد امکان و همچنین اختلاط خوب با جریان هوای ورودی است.

Meng افزود: ”این رویکرد می‌تواند برای طراحی یک سیستم یخ زدایی مؤثر در دماهای به اندازه کافی پایین مورد استفاده قرار گیرد تا از ایجاد تنش بر روی ساختارهای کامپوزیتی مورد استفاده در هواپیماهای نسل بعدی جلوگیری شود.“

Afaq یکی دیگر از اعضای این تیم تحقیقاتی گفت: ”سیستم‌های یخ زدایی متداول از هوای گرم با دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای تبخیر قطره‌های آب استفاده می‌کنند، در حالی که مواد کامپوزیتی قادر به تحمل چنین دماهایی نیستند. اما سیستم جلوگیری از یخ زدگی مبتنی بر پلاسما می‌توانند بدون نیاز به دماهای این چنینی مانع از تشکل یخ بر روی سطوح شوند؛ ضمن این که بر روی مواد کامپوزیتی نیز اثر نامطلوبی ندارند.“

بنابر گفته Meng، پیشنهاد این تیم تحقیقاتی مبنی بر استفاده از محرک‌های پلاسمایی برای یخ زدایی برای کارشناسان مکانیک سیالات بسیار جالب و شگفت آور بوده است. اما Meng اذعان کرد که آنها در حال حاضر در ابتدای این تحقیق هستند و هنوز نیاز دارند چگونگی ارتباط اثرات حرارتی و جریان و نحوه‌ی عملکرد دقیق این دو با یکدیگر برای جلوگیری از تشکیل قطره‌های فوق سرد بر روی سطح بال را درک کنند.

 

 

 

نظـــرات