35, 000 fot är standard marschhöjd för ett kommersiellt jetflygplan, men på de höga höjderna sjunker lufttemperaturen under -51 grader Celsius och is kan lätt bildas på vingar. För att förhindra isbildning och efterföljande motstånd på flygplanet, nuvarande system utnyttjar värmen som genereras av förbränning av bränsle. Men dessa höga temperaturer, bränsleberoende system kan inte användas på den föreslagna helelektriska, temperaturkänsliga material i nästa generations flygplan.

När forskare letar efter nya anti-isningsmetoder, fysiker från Northwestern Polytechnical University i Kina och Iowa State University har tagit ett annat tillvägagångssätt. De har publicerat bevis, i tidningen Vätskors fysik , som visar att utrustning som är viktig för att kontrollera landning och start kan fungera som nedisningskontroll.

"Nuvarande anti-isningsmetoder är inte lämpliga för nästa generations flygsystem baserade på den nya flygtekniken, " sa Xuanshi Meng en författare på tidningen. "Vi har hittat ett utmärkt sätt att kontrollera isbildningen på dessa nya flygplan."

Det beror på plasmaställdon.

Plasmaställdon är en speciell typ av kortslutning. När en hög spänning appliceras över de två elektroderna, det får luftpartiklarna ovanför att jonisera, bildar ett plasma, och inducerar ett flöde, eller vind. Detta plasmaflöde över ställdonet har tidigare manipulerats för att kontrollera aerodynamiken hos flygplansvingar, ändra lyft och drag för landning och start (känd som flödeskontrollapplikationer). Men plasmaställdon släpper inte bara en inducerad vind.

"När man applicerar en hög spänning, det mesta omvandlas till värme och resten omvandlas till ett inducerat flöde eller jonvind över ställdonet, så plasmaställdonet har både aerodynamiska och värmeeffekter, sa Meng.

"Genom att koppla samman de aerodynamiska och termiska aspekterna av plasmaställdonet, vi har tillhandahållit en helt ny metod för effektiv isbildning och flödeskontroll."

Plasmakontrollteamet vid Northwestern Polytechnical University insåg först effekten av plasmaställdon på isbildning 2012, när en isbit placerad i plasmaexcitatorns urladdningsområde snabbt smälte.

För att ytterligare demonstrera mekanismen för skydd av plasmais, teamet har designat otroligt tunt, ytdielektriska barriärurladdningsplasmaaktuatorer och monterade dem på en 3-D-tryckt NACA 0012-flygplan av plast. Tre konfigurationer av ställdon installerades för att undersöka hur olika aerodynamik påverkade isbildningen. Sedan höghastighetskameror, tillsammans med infraröd värmeavbildning och partikelspridningslasrar, användes för att visualisera hur det inducerade flödet och den termiska effekten interagerade.

Tester utfördes i stilla luft såväl som inne i en isande vindtunnel, där kalla luftpartiklar avfyrades mot bärytan. Teamet fann att termisk och flödesdynamik är oupplösligt sammanlänkade för alla tre ställdon.

Plasmaställdonen placerade vinkelrätt mot vingytan var de mest effektiva för att överföra värme längs vingen, helt förhindrar isbildning. Genom att jämföra värmeöverföring och flöde mellan de olika designerna, teamet drog slutsatsen att den optimala designen måste generera så mycket värme lokalt, samtidigt som den blandas väl med det inkommande luftflödet.

"Detta kan användas för att designa ett effektivt anti-icing-system vid tillräckligt låga temperaturer för att förhindra stress på kompositmaterialdesignen av nästa generations flygplan, sa Meng.

Mengs elev, Afaq Ahmed Abbasi, Lagt till, "Den konventionella anti-isningstekniken använder luft så varm som 200 grader Celsius för att förånga vattendropparna, och kompositmaterial har inte råd med så höga temperaturer. Men plasmaisningskontrollen kan stoppa de supercoola dropparna från att bilda is på fordonets yta utan så höga temperaturer, vilket är bra för kompositmaterialen."

Meng förklarade att hans teams förslag att använda plasmamanöverdon som anti-icers var en "överraskning" för vätskemekanikexperter. Meng medger att de bara är i början av denna forskning och att de fortfarande behöver ta reda på hur termiska och flödeseffekter är kopplade, och hur exakt de arbetar tillsammans för att skingra superkylda droppar från en vinges yta.