Vinglöst elektromagnetiskt luftfordon

Wingless Electromagnetic Air Vehicle (WEAV) är ett flygsystem som är tyngre än luft som kan självlyfta, sväva och flyga tillförlitligt utan rörliga komponenter

The Wingless Electromagnetic Air Vehicle ( WEAV ) är ett flygsystem som är tyngre än luft som utvecklats vid University of Florida , finansierat av Air Force Office of Scientific Research . WEAV uppfanns 2006 av Dr. Subrata Roy , plasmafysiker, flygteknikprofessor vid University of Florida , och har varit föremål för flera patent. WEAV använder inga rörliga delar och kombinerar flygplanets struktur, framdrivning, energiproduktion och lagring samt styrsystem i ett integrerat system.

Manövermekanism

WEAV använder en mängd små elektroder som täcker hela det våta området av flygplanet, i ett multi-barriär plasmaaktuator (MBPA) arrangemang, en förbättring jämfört med dubbelelektrods dielektriska barriärurladdningssystem (DBD) som använder flera lager av dielektriska material och drivs elektroder. Dessa elektroder är mycket nära varandra så omgivande luft kan joniseras med RF AC högspänning på några tiotals kilovolt även vid standardtrycket för en atmosfär . Den resulterande plasman innehåller joner som accelereras av Coulomb-kraften med hjälp av elektrohydrodynamik (EHD) på låg höjd och låg hastighet. Fordonets yta fungerar som en elektrostatisk vätskeaccelerator som pumpar omgivande luft som jonvind , radiellt och sedan nedåt, så den lägre tryckzonen på den övre ytan och den högre tryckzonen under flygplanet producerar lyftkraft och dragkraft för framdrivning och stabilitet. På högre höjd och för att nå högre hastigheter appliceras även ett magnetfält för att förstärka kollisioner mellan elektroner och tunga arter i plasman och använda den mer kraftfulla Lorentz-kroppskraften för att accelerera alla laddningsbärare i samma riktning längs en radiell höghastighetsstråle . En mycket tidig version av detta dokumenterad av Jean-Louis Naudin använde ledning ursprungligen från en hårddiskkabel (aka 80/40 ledning) med alternativ HV på varje par och detta fungerar men är mycket ineffektivt jämfört med nyare metoder som diskuterats ovan. ^{[ citat behövs ]}

Nya teknologier

För att uppnå sitt uppdrag introducerade den WEAV-relaterade forskningen ett antal plasmaställdondesigner. Det här avsnittet belyser de viktigaste teknikerna.

Plasmaställdon med flera barriärer

Schematisk konstruktion av en trelagers multi-barriär plasmaaktuator (MBPA). Även om en MBPA-design i tre lager visas, är andra konfigurationer möjliga.

Jämförelse av kraft och effektivitet mellan olika enkla, tvålagers och trelagers MBPA-designer.

Den konventionella utformningen av en dielektrisk barriärurladdning (DBD) är sammansatt av två elektroder åtskilda av ett enda dielektriskt material. Mycket arbete har lagts ner på att optimera designen och prestandan för den enda DBD-designen, men forskningsarbetet fortsätter för att förbättra prestandan för dessa ställdon. MBPA-designen är en förlängning av den enda DBD-aktuatordesignen som introducerar ytterligare dielektriska barriärer och elektroder, och därmed ytterligare designparametrar. Forskning tyder på att MBPA-konstruktioner kan uppnå högre resulterande dragkraft och förbättrade dragkraft-till-effekt-förhållanden än konstruktionen av en enda DBD-ställdon. Provförsök av en tvåskikts MBPA-design visade en ökning på cirka 40 % i effektivitet jämfört med den konventionella enkelskiktsdesignen.

Serpentinställdon

WEAV använde serpentingeometriska plasmaställdon för helt tredimensionell flödeskontroll som kombinerar effekterna av ett linjärt ställdon och plasmasyntetisk jet. På grund av den periodiska geometrin hos serpentinkonstruktionen, kläms och sprids den omgivande luften längs ställdonet. Följaktligen genererar serpentinställdon både spännvidd och strömvis virvel, vilket resulterar i unika flödesstrukturer som inte reproduceras av konventionella plasmaställdon med linjär geometri. ^{[ citat behövs ]}

Ställdon i mikroskala

Topp- och tvärsnittsschema över dielektrisk barriärurladdningsplasmaställdon i mikroskala.

Experimentella resultat och numerisk simulering visar att genom att krympa gapet mellan elektroderna till mikronstorlek, ökas den elektriska kraftdensiteten i urladdningsområdet med åtminstone en storleksordning och den effekt som krävs för plasmaurladdning minskas med en storleksordning. Följaktligen kan fysiskt mindre och lättare strömförsörjningar användas med dessa så kallade mikroskala ställdon. Undersökningar visade att per ställdon är inducerade hastigheter från plasmamanöverdonet i mikroskala jämförbara med deras standardmotsvarigheter i makroskala, om än med en storleksordning mindre dragkraft. På grund av de minskade effektkraven för plasmaställdonen i mikroskala föreslår dock experiment effektiv makroskopisk flödeskontroll via stora grupper av plasmaställdon i mikroskala.

Nya material

Förutom experimentella plasmaställdonkonstruktioner och geometrier undersökte WEAV prestandan hos en stor mängd olika isoleringsmaterial för användning i det dielektriska barriärskiktet, inklusive flexibla material som silikongummi och ferroelektriskt modifierat blyzirkonat-titanat (PZT) och kiseldioxidaerogel .

Framgångsrika dielektriska material undersöktes
Material	Tjocklek (μm)
Akryl	500, 1000, 3000
Cirlex	254, 2540
PDMS (polydimetylsiloxan)	~1000
Silikongummi (hög renhet)	127
Torlon	250
PZT	3000
Silica Aerogel	6000

Upplyft

Demonstration av framgångsrikt lyft av WEAV-prototyp.

Tidslinje som visar WEAV:s prestationer och framsteg.

En tidig prototyp av WEAV kunde upprätthålla svävande flygning några millimeter över marken i cirka 3 minuter. Prototyper med varierande radier testades också framgångsrikt, vilket tyder på skalbarhet av designen. ^{[ citat behövs ]}

Se även

externa länkar

WEAV officiella webbplats