Как улучшить аэродинамические качества транспортных средств

Ни для кого не секрет, что встречные потоки воздуха влияют на динамические и акустические характеристики транспортных средств, а также расход топлива. Скажем, чем менее обтекаемую форму имеет автомобиль, тем в большей степени набегающие воздушные струи сказываются на экономичности и наборе скорости.

Улучшить аэродинамические свойства учёные из Флоридского университета (США) предлагают при помощи небольших электронных устройств, генерирующих заряженные частицы, посредством которых можно управлять движением потоков воздуха над поверхностью, скажем, самолёта.

Суть идеи заключается в расположении на фюзеляже электродов в неравномерном несимметричном порядке для формирования плазмы — ионизированного газа, образованного из нейтральных атомов и заряженных частиц (ионов и электронов). Управляя параметрами такой системы, можно добиться перемещения потоков воздуха в определённом направлении со скоростью до нескольких метров в секунду.

Теоретически плазменные актуаторы позволят снизить силу сопротивления воздуха — а следовательно, уменьшить уровень шума и повысить эффективную мощность машины. В отличие от традиционных конструктивных методов улучшения аэродинамических свойств (определённая форма фюзеляжа, использование стабилизаторов и закрылков), плазменные элементы можно применять только тогда, когда это необходимо, — скажем, при наборе высоты.

Но проблема в том, что воздействие плазмы на набегающие потоки воздуха может быть крайне неэффективным: из 100 тыс. частиц только одна вступит в контакт с ионами или электронами.

Решением может стать использование актуаторов особой, змеевидной формы. В то время как обычные линейные источники плазмы испускают поток только в одном направлении, разработанные устройства покрывают всю область вокруг себя, повышая вероятность взаимодействия с воздушными потоками.

В своих экспериментах учёные направляли подсвеченные лазером струи дыма на аэродинамическую поверхность. Оказалось, что змеевидные плазменные актуаторы действительно помогают контролировать пространственное движение воздушных потоков. В зависимости от конфигурации системы актуаторы позволяют формировать на поверхности турбулентные или ламинарные зоны.

В перспективе технология могла бы найти применение в первую очередь в авиапромышленности. Но прежде чем дело дойдёт до использования её на практике, учёным предстоит получить ответы на ряд вопросов: не совсем ясно, к примеру, как поведут себя актуаторы во время дождя, появления наледи или при движении в условиях густой облачности. Кроме того, необходимо понять, как образованные вихревые потоки влияют на движение воздуха вблизи аэродинамических поверхностей.

кл