@ 2016.03.13 , 22:00
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等离子体附身:未来飞机将插上“隐形的翅膀”

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在黑暗中,等离子机翼会显现出独特的紫色电离场。(Dr. Rasool Erfani/MMU)

等离子机翼有着结构简单、无机械部件、响应速度快等优点,比传统的机翼舵面更轻便和高效。来自曼彻斯特城市大学(Manchester Metropolitan University)和格拉斯哥大学(University of Glasgow)的研究者们在这方面上取得了新的进展,让该技术离走出实验室、装备到大型飞机上更近一步。

等离子体与飞行器有什么关系?

出于对等离子隐身技术的探索,美国和俄罗斯军方在等离子与飞行器的研究已有数十年的历史,并在本世纪初将研究专向了其它空气动力方面的应用。中国首个等离子体动力学国家级重点实验室在2011年成立,专注于使用等离子改进飞行器发动机设计,但研究内容也包括减阻增升,提高战机的失速攻角和机动性。各国非军方机构也陆续将等离子体作动器(plasma actuator)技术应用在小型无人机上:

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2009年,德国达姆施塔特工业大学的无人机首次将等离子体作动器用于控制边界层气流分离。(Technische Universität Darmstadt)

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2010年,斯坦福大学学生首次实现用等离子体作动器代替舵面。(Stanford University)

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2014年,中国南京航空航天大学的“紫电”无人机获得10万元奖金。(NUAA)

等离子机翼好在哪里?

Dr. Rasool Erfani向媒体介绍道,等离子体机翼是最近10年才出现明显进步的新技术,前景光明。这种机翼有着等离子体作动器,使用的是单介质阻挡放电(single dielectric barrier discharge, SDBD)技术。绝缘的机翼表面上下方布置上位置不同的电极,电极之间的高压交流电将在空气中生成不断运动着的低温等离子。启用时,翼面上方覆盖上一层散发着紫色光芒的电离场,带动临近空气分子的移动。此时,飞机像是有了一双持续扇动着的隐形翅膀,产生看不见的微风,改善了空气动力结构。

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(PlasmaPrometeo)

相比普通机翼,在同样攻角和速度的情况下,施加了等离子体激励的机翼上方的气流将被加速,导致压强减小、升力增加。让飞行器能以更低的速度与更短的距离起飞与着陆。这种机翼省去了活动的机械部件,能将电能直接转化为动能。是压电作动器、零质量射流和涡流发生器之外,又一种理想的主动流动控制(active flow control)技术。

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施加等离子体激励前(左)与施加后的比较。(Oyama/JAXA)

这样的作动器通过改变电流强度来控制升力大小,达到代替液压舵面、控制飞行姿态的目的。可以安装在机翼上的不同部位。安装在机翼尾部时则起出众的整流作用,大大减少乱流带来的阻力。美国的一家公司正在计划把等离子体作动器安装在货车车厢尾部,声称能将油耗降低12%。

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普通货车(左)车尾有明显的乱流。(Cameron Johnson/Popular Mechanics)

将来的等离子飞机是什么样的?

Dr. Erfani等人使用的是一种新型的等离子体,叫做标准大气压均匀辉光放电等离子体(OAUGDP)。这种技术可用于大面积的机翼,能改变阻力大小和调节推力方向。在常温常压下使用,并且噪音和功耗极低。在小型无人机上只需要消耗几瓦的能量。很快他们就能在更大的飞行器和更高的速度上进行测试。

等离子体作动器十分轻薄。按照需求,装置厚度可从几微米到几厘米不等,可应用到现有的机翼上,提升飞机的机动性和燃油效率。传统飞机机翼上的舵面需要沉重的机械进行操控。这份累赘在轻量化的新型飞机上被彻底去掉后,带来的效率提升会更加明显。在机翼前缘的等离子装置还能改善超音速飞行。待等离子推进技术成熟之后,未来的飞机或许会像法国工程师与无人机专家Jean-Louis Naudin设计的那样,使用覆盖机身的等离子层提供升力与推力,以至于不需要化石燃料,完全代替喷气式发动机。

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(JLN Labs)

本文译自 The Engineer & AAAS,由译者 zzjeff 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 36+1

  1. 3085561

    每个字我都认识……

    [21] XX [5] 回复 [0]
  2. 3085567

    光之翼

    [25] XX [1] 回复 [0]
  3. 3085568

    至少看起来贼他妈帅

    [68] XX [2] 回复 [0]
  4. 3085570

    命运高达

  5. 好色猴子
    @1 year ago
    3085572

    呃。。。之前那些雪茄状的UFO??我了个大去,这科技越往后发展越能吓坏人啊!
    我决定活到120岁,多看看这些个事

    [45] XX [2] 回复 [0]
  6. 三当家
    @1 year ago
    3085577

    我还以为是无工质的等离子体推进器呢

  7. 3085578

    @543:

    天才比较是天才, 和咱一般人没关, 最多就是一样貌不惊人

  8. 没吃早饭
    @1 year ago
    3085579

    @好色猴子 活三百到五百岁比较合适。 出自精灵宝钻,具体页数和内容忘了

  9. 3085580

    @543:

    中国人在全世界偷窃,全都是帅哥干的,不信在网上找找

    [0] XX [18] 回复 [0]
  10. 秋明山巫妖王
    @1 year ago
    3085582

    战斗妖精雪风里的迦姆!

  11. 哈佛教授
    @1 year ago
    3085583

    忍者只需把雷属性的查克拉缠绕在双臂上,然后张开双手奔跑几部就可飞上天空,比起传统的风筝飞行忍术效率大幅提升。

    [19] XX [1] 回复 [0]
  12. MooMooMoo
    @1 year ago
    3085585

    作为学经济的看到OAUGDP这个缩写脑子里就直接读成了“噢,GDP”。。。
    怪不得老妈老说我学呆了

  13. hyperRst
    @1 year ago
    3085601

    还可以改善臭氧层

  14. 3085602

    等等看着眼熟几年前有一个猎户座的阴谋介绍过…………

  15. 逃避者
    @1 year ago
    3085606

    我真的还想再活五百年~~~

  16. 3085617

    看,那个神秘发光体是啥
    ——UFO

  17. 3085630

    隐形战机不能这样做吧?

  18. 等大仙
    @1 year ago
    3085643

    原来命运高达的等离子体光翼有理可循啊

  19. 九年驾驶经验
    @1 year ago
    3085691

    进阶应用:光束螺旋桨
    终极形态:V2的光之翼

  20. 神一样的亻
    @1 year ago
    3085710

    不太相信“功耗极低”。
    每个气体分子被电离所需能量是一定的,如果机翼是静止状态有可能功耗极低,因为表面那层气体分子被电离后可以一直停留在表面。
    可是高速飞行中,翼面每个被电离的分子都会迅速被气流吹跑,这能量消耗怎么会低呢?

  21. 3085715

    要是装车上能不能让条子拍不到我超速呢?

  22. zzjeff
    @1 year ago
    3085718

    @神一样的亻: 抱歉我不也不太确定。
    翻了一圈,那些论文里没提到多少电量被用于电离,只是说电能-动能转换率目前很低,有很大的提升空间。
    “功耗极低”应该是相对的,在完全取消机械舵面的UAV上,等离子作动器的能耗占整机的5%以下。

  23. 白鹰
    @1 year ago
    3085720

    减阻抗失速的利器,飞行员的福音Love <3

  24. 3085750

    ehd reactor
    全部释义和例句>> 动力反应堆

  25. 3085759

    如果能用来梳理飞机尾流,以后机场进近一分钟来一架不再是梦了吧。

  26. 毛木
    @1 year ago
    3085769

    无工质推进那是三体看多了。。。吧

  27. 3085802

    看标题就想起南航的紫电。

    @NEO: 悄悄告诉你,等离子作为导体,可以吸收雷达波,所以对雷达来说就是黑洞。

  28. sandersyao
    @1 year ago
    3085805

    以前幻想过这种引擎 因为看过那个通过放电产生升力的实验 既然喷气引擎可以将一部分气体在高温中等离子化 应该就可能通过施加电压来让这部分流动的等离子紊流按照电势的方向流动 当然可能和文中提到的还不太一样

  29. 落叶
    @1 year ago
    3085928

    无言以对

  30. Oliver
    @1 year ago
    3086164

    红色有角三倍速

  31. 3086288

    无工质推进前置科技

  32. Thewalker
    @1 year ago
    3086735

    我去,我已经看不懂了

  33. 弓形虫
    @1 year ago
    3086778

    虽然雷达看不见,但这玩意飞起来跟个大灯泡似的真以为人家瞎的?

  34. 3086785

    @好色猴子: 当你140岁那时 生命将息 看到新闻,吼了一句 tmd 原来是 走进科学

  35. 我才没
    @1 year ago
    3087693

    未来蝙蝠侠就是用的这个当翅膀

  36. 3362251

    我能说跟我以前想到的原理一样吗···我要不要去写科幻小说···

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