El vehículo aéreo electromagnético sin alas ( WEAV ) es un sistema de vuelo más pesado que el aire desarrollado en la Universidad de Florida , financiado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea . [1] [2] [3] El WEAV fue inventado en 2006 por el Dr. Subrata Roy , [4] físico de plasma, profesor de ingeniería aeroespacial en la Universidad de Florida , y ha sido objeto de varias patentes. [5] [6] [7] [8] [9] [10] El WEAV no emplea partes móviles y combina la estructura de la aeronave, la propulsión, la producción y el almacenamiento de energía y los subsistemas de control en un sistema integrado.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/5/53/Schematic_of_WEAV.png/220px-Schematic_of_WEAV.png)
Mecanismo de operación
El WEAV utiliza una multitud de pequeños electrodos que cubren toda el área húmeda de la aeronave, en una disposición de actuador de plasma de barrera múltiple (MBPA), una mejora sobre los sistemas de descarga de barrera dieléctrica de doble electrodo (DBD) que utilizan múltiples capas de materiales dieléctricos y alimentados electrodos. [11] Estos electrodos están muy cerca unos de otros, por lo que el aire circundante se puede ionizar utilizando un alto voltaje de CA de RF de unas pocas decenas de kilovoltios, incluso a la presión estándar de una atmósfera . El plasma resultante contiene iones que son acelerados por la fuerza de Coulomb usando electrohidrodinámica (EHD) a baja altitud y pequeña velocidad. La superficie del vehículo actúa como un acelerador de fluido electrostático que bombea el aire circundante como viento de iones , radialmente y luego hacia abajo, de modo que la zona de presión más baja en la superficie superior y la zona de presión más alta debajo de la aeronave producen elevación y empuje para propulsión y estabilidad. [1] A mayor altitud y para alcanzar mayores velocidades, también se aplica un campo magnético para mejorar las colisiones entre electrones y especies pesadas en el plasma y utilizar la fuerza del cuerpo de Lorentz más potente para acelerar todos los portadores de carga en la misma dirección a lo largo de un radial. chorro de alta velocidad . [2] Una versión muy temprana de esto documentada por Jean-Louis Naudin usó cable originalmente de un cable de unidad de disco duro (también conocido como cable 80/40) con HV alternativo en cada par y esto funciona pero es muy ineficiente en comparación con los enfoques más nuevos como se discutió. sobre. [ cita requerida ]
Tecnologías novedosas
Para lograr su misión, la investigación relacionada con WEAV introdujo varios diseños de actuadores de plasma. Esta sección destaca las principales tecnologías.
Actuadores de plasma de barrera múltiple
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/e/ef/MBPA_schematic.png/220px-MBPA_schematic.png)
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/d/d9/MBPA_Design_Comparison.png/220px-MBPA_Design_Comparison.png)
El diseño del actuador convencional de descarga de barrera dieléctrica simple (DBD) está compuesto por dos electrodos separados por un solo material dieléctrico. Se ha trabajado mucho para optimizar el diseño y el rendimiento del diseño DBD único, [12] sin embargo, el trabajo de investigación continúa para mejorar el rendimiento de estos actuadores. El diseño MBPA es una extensión del diseño del actuador DBD único que introduce barreras dieléctricas y electrodos adicionales y, por lo tanto, parámetros de diseño adicionales. Las investigaciones indican que los diseños de MBPA pueden lograr un empuje resultante más alto y mejores relaciones de empuje a potencia que el diseño de un solo actuador DBD. [11] [13] [14] Las pruebas de muestra de un diseño de MBPA de dos capas demostraron un aumento de aproximadamente un 40% en la efectividad sobre el diseño convencional de una sola capa. [2] [13]
Actuadores serpentinos
El WEAV empleó actuadores de plasma de geometría serpentina para un control de flujo completamente tridimensional que combina los efectos de un actuador lineal y un chorro sintético de plasma. [15] [16] [17] Debido a la geometría periódica del diseño en forma de serpentina, hay pellizcos y esparcimiento del aire circundante a lo largo del actuador. [18] En consecuencia, los actuadores serpentinos generan vorticidad tanto en sentido transversal como en flujo, lo que da como resultado estructuras de flujo únicas que no son reproducidas por los actuadores de plasma de geometría lineal convencional. [ cita requerida ]
Actuadores a microescala
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/f/f4/Micro-scale_actuator_schematic.png/220px-Micro-scale_actuator_schematic.png)
Los resultados experimentales y la simulación numérica demuestran que al reducir el espacio entre los electrodos al tamaño de un micrón, [19] [20] [21] la densidad de la fuerza eléctrica en la región de descarga aumenta en al menos un orden de magnitud y la potencia requerida para la descarga de plasma disminuye en un orden de magnitud. En consecuencia, se pueden utilizar fuentes de alimentación físicamente más pequeñas y ligeras con estos llamados actuadores de microescala. Las investigaciones demostraron que por actuador, las velocidades inducidas por el actuador de plasma a microescala son comparables a sus contrapartes estándar a macroescala, aunque con un orden de magnitud menor de empuje. [2] Sin embargo, debido a la disminución de los requisitos de potencia de los actuadores de plasma a microescala, los experimentos sugieren un control de flujo macroscópico eficaz a través de grandes conjuntos de actuadores de plasma a microescala. [22] [23]
Materiales novedosos
Además de los diseños y geometrías experimentales de actuadores de plasma, la WEAV investigó el rendimiento de una gran variedad de materiales aislantes para su uso en la capa de barrera dieléctrica, incluidos materiales flexibles como caucho de silicona y titanato-circonato de plomo ferroeléctrico modificado (PZT) y aerogel de sílice. . [24]
Material | Espesor (μm) |
---|---|
Acrílico | 500, 1000, 3000 |
Cirlex | 254,2540 |
PDMS (polidimetilsiloxano) | ~ 1000 |
Caucho de silicona (de alta pureza) | 127 |
Torlon | 250 |
PZT | 3000 |
Aerogel de sílice | 6000 |
Despegar
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/2/26/Weav_liftoff.png/220px-Weav_liftoff.png)
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/8/83/WEAV_progress.png/220px-WEAV_progress.png)
Uno de los primeros prototipos del WEAV fue capaz de mantener un vuelo estacionario a unos pocos milímetros del suelo durante aproximadamente 3 minutos. También se probaron con éxito prototipos de diferentes radios, lo que sugiere la escalabilidad del diseño. [ cita requerida ]
Ver también
- Actuador de plasma
- Ionocraft
- Lightcraft
- Accionamiento magnetohidrodinámico
Referencias
- ↑ a b Greenemeier, Larry (7 de julio de 2008). "El primer platillo volador del mundo: hecho aquí en la tierra" . Scientific American .
- ^ a b c d Roy, Subrata; Arnold, David; Lin, Jenshan; Schmidt, Tony; Lind, Rick; et al. (20 de diciembre de 2011). Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea; Universidad de Florida (eds.). Demostración de un vehículo aéreo electromagnético sin alas (PDF) (Informe). Centro de Información Técnica de Defensa. ASIN B01IKW9SES . AFRL-OSR-VA-TR-2012-0922.
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- ^ "Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, Universidad de Florida" .
- ^ Patente de EE. UU . 8382029 , Subrata Roy, " Flotar sin alas de micro vehículo aéreo", emitida el 26 de febrero de 2013 , asignada a la Fundación de Investigación de la Universidad de Florida Inc.
- ^ Patente estadounidense 8960595 , Subrata Roy, " Vuelo sin alas de micro vehículo aéreo", emitida el 24 de febrero de 2015, asignada a la Fundación de Investigación de la Universidad de Florida Inc.
- ^ Patente de Hong Kong No. 1129642B emitida el 29 de junio de 2012.
- ^ Patente china ZL200780036093.1 emitida el 19 de octubre de 2011.
- ^ Patente europea EP 2.046.640 emitida el 12 de octubre de 2011.
- ^ Patente japonesa no. 5.220.742 otorgado el 15 de marzo de 2013.
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enlaces externos
- Sitio oficial de WEAV