Loading article…
無翼電磁航空機（WEAV）は、フロリダ大学で開発され、空軍科学研究局の資金提供を受けた、空気より重い飛行システムである。[1] [2] [3] WEAVは、フロリダ大学のプラズマ物理学者で航空宇宙工学教授のSubrata Roy博士[4]によって2006年に発明され、いくつかの特許の対象となっている。[5] [6] [7] [8] [9] [10] WEAVには可動部品がなく、航空機の構造、推進力、エネルギー生成と貯蔵、および制御サブシステムが1つの統合システムに組み合わされている。
動作機構
WEAVは、多重バリアプラズマアクチュエータ（MBPA）配置で、航空機の濡れたエリア全体を覆う多数の小さな電極を使用します。これは、複数の層の誘電体材料と通電電極を使用するデュアル電極誘電体バリア放電（DBD）システムの強化版です。 [11]これらの電極は互いに非常に近いため、 1気圧の標準圧力であっても、数十キロボルトのRF AC高電圧を使用して周囲の空気をイオン化できます。結果として生じるプラズマには、低高度および低速度で電気流体力学（EHD）を使用したクーロン力によって加速されたイオンが含まれます。機体の表面は静電流体加速器として機能し、周囲の空気をイオン風として放射状に、次に下向きに送ります。そのため、上面の低圧ゾーンと機体下部の高圧ゾーンが揚力と推力を生み出し、推進力と安定性を生み出します。[1]より高い高度でより高速に到達するために、磁場も適用され、プラズマ中の電子と重い種との衝突を強化し、より強力なローレンツ体力を使用して、すべての電荷キャリアを放射状の高速ジェットに沿って同じ方向に加速します。[2] Jean-Louis Naudinによって文書化されたこの非常に初期のバージョンでは、ハードディスクドライブケーブル（別名80/40ワイヤ）から派生したワイヤを使用し、各ペアで交互にHVを設定しました。これは機能しますが、上で説明した新しいアプローチと比較すると非常に非効率的です。[要出典]
新しい技術
WEAV 関連の研究では、その使命を達成するために、いくつかのプラズマアクチュエータ設計が導入されました。このセクションでは、主な技術について説明します。
マルチバリアプラズマアクチュエータ
従来の単一誘電体バリア放電(DBD) アクチュエータ設計は、単一の誘電体材料で分離された 2 つの電極で構成されています。単一 DBD 設計の設計と性能を最適化するために多くの作業が行われてきましたが[12]、これらのアクチュエータの性能を向上させるための研究が続けられています。MBPA 設計は単一 DBD アクチュエータ設計の拡張であり、追加の誘電体バリアと電極、したがって追加の設計パラメータが導入されています。研究によると、MBPA 設計は単一 DBD アクチュエータ設計よりも高い結果推力と改善された推力対電力比を達成できる可能性があります。[11] [13] [14] 2 層 MBPA 設計のサンプル試験では、従来の単一層設計よりも約 40% の有効性の向上が実証されました。[2] [13]
サーペンタインアクチュエータ
WEAVは、線形アクチュエータとプラズマ合成ジェットの効果を組み合わせた完全な3次元フロー制御のために、蛇行形状のプラズマアクチュエータを採用しました。[15] [16] [17]蛇行設計の周期的な形状により、アクチュエータに沿って周囲の空気が挟まれて広がります。[18]その結果、蛇行アクチュエータはスパン方向と流れ方向の両方の渦を発生させ、従来の線形形状のプラズマアクチュエータでは再現できない独特の流れ構造を生み出します。[要出典]
マイクロスケールアクチュエータ
実験結果と数値シミュレーションによると、電極間のギャップをミクロンサイズに縮小すると、[19] [20] [21]放電領域の電気力密度が少なくとも 1 桁増加し、プラズマ放電に必要な電力が 1 桁減少します。その結果、これらのいわゆるマイクロスケールアクチュエータでは、物理的に小型で軽量な電源を使用できます。調査により、アクチュエータ 1 つあたりのマイクロスケールプラズマアクチュエータからの誘導速度は、推力が 1 桁低いにもかかわらず、標準的なマクロスケールのアクチュエータと同等であることが実証されました。[2]ただし、マイクロスケールプラズマアクチュエータの電力要件が減少するため、実験では、マイクロスケールプラズマアクチュエータの大規模なアレイを介して効果的なマクロ的な流れ制御が示唆されています。[22] [23]
新しい素材
WEAVは、実験的なプラズマアクチュエータの設計と形状に加えて、シリコーンゴムや強誘電体改質ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）、シリカエアロゲルなどの柔軟な材料を含む、誘電体バリア層に使用するためのさまざまな絶縁材料の性能を調査しました。[24]
打ち上げ
WEAV の初期のプロトタイプは、地上数ミリメートルの高さで約 3 分間ホバリング飛行を維持することができました。さまざまな半径のプロトタイプもテストに成功し、設計の拡張可能性を示唆しています。[引用が必要]
参照
参考文献
- ^ ab グリーンマイヤー、ラリー（2008年7月7日）。「世界初の空飛ぶ円盤：地球上で作られた」サイエンティフィック・アメリカン。
- ^ abcd Roy, Subrata; Arnold, David; Lin, Jenshan; Schmidt, Tony; Lind, Rick; et al. (2011年12月20日). 空軍科学研究局; フロリダ大学 (編). 無翼電磁航空機のデモンストレーション(PDF) (レポート). 国防技術情報センター. ASIN B01IKW9SES. AFRL-OSR-VA-TR-2012-0922. 2013年5月17日時点のオリジナルより アーカイブ(PDF) 。
- ^ タウンゼント、アリー（2009年7月1日）。「NASA、プラズマ駆動UFO技術の特許取得に躍起」。ポピュラーメカニクス。
- ^ 「フロリダ大学機械航空宇宙工学部」。
- ^ 米国特許 8382029、Subrata Roy、「Wingless hovering of micro air Vehicle」、2013 年 2 月 26 日発行、University of Florida Research Foundation Inc. に譲渡。
- ^ 米国特許 8960595、Subrata Roy、「超小型航空機の無翼ホバリング」、2015 年 2 月 24 日発行、フロリダ大学研究財団に譲渡。
- ^ 香港特許第1129642B号、2012年6月29日発行。
- ^ 中国特許 ZL200780036093.1 2011年10月19日発行。
- ^ 欧州特許 EP 2,046,640 2011年10月12日発行。
- ^ 2013年3月15日に特許第5,220,742号が付与されました。
- ^ ab Durscher, Ryan; Roy, Subrata (2011 年 1 月)。「マルチバリアプラズマアクチュエータについて」(PDF)。AIAA 2011-958。第 49 回 AIAA 航空宇宙科学会議 (New Horizons Forum および Aerospace Exposition を含む)。フロリダ州オーランド。doi :10.2514/6.2011-958。
- ^ Corke, Thomas ; Enloe, Cynthia; Wilkinson , Stephen (2010 年 1 月1日)。「フロー制御用誘電体バリア放電プラズマアクチュエータ」。流体力学年次レビュー。42 (1): 505–529。Bibcode :2010AnRFM..42..505C。doi :10.1146/annurev-fluid-121108-145550。
- ^ ab Durscher, Ryan; Roy, Subrata (2010 年 1 月)。「推力増加のための新しいマルチバリアプラズマアクチュエータ」。AIAA 2010-965。第 48 回 AIAA 航空宇宙科学会議 (ニューホライズンズフォーラムおよび航空宇宙博覧会を含む)。フロリダ州オーランド。doi :10.2514/6.2010-965。
- ^ Erfani R、Zare-Behtash H、Hale C、Kontis K (2015 年 1 月 19 日)。 「DBD プラズマアクチュエータの開発: 二重カプセル化電極」。アクタ・アストロノーティカ。109 : 132–143。Bibcode :2015AcAau.109..132E。土井：10.1016/j.actastro.2014.12.016。
- ^ Roy S、Wang CC (2008 年12 月 31 日)。「馬蹄形および蛇行形プラズマアクチュエータによるバルクフロー修正」。Journal of Physics D: Applied Physics。42 ( 3): 032004。doi : 10.1088/0022-3727/42/3/032004。S2CID 31538819 。
- ^ Roth J、 Sherman D 、Wilkinson S (2000 年 7 月 7 日)。「グロー放電表面プラズマによる電気流体力学的流れ制御」。AIAA ジャーナル。38 (7): 1166–1172。Bibcode :2000AIAAJ..38.1166R。doi :10.2514/2.1110。
- ^ Santhanakrishnan A, Jacob J (2007 年 1 月 19 日). 「プラズマ合成ジェットアクチュエータによるフロー制御」. Journal of Physics D: Applied Physics . 40 (3): 637–651. Bibcode :2007JPhD...40..637S. doi :10.1088/0022-3727/40/3/s02. S2CID 121639330.
- ^ Durscher R、Roy S (2012 年 1 月 4 日)。「静止空気中の蛇行プラズマアクチュエータから誘導される 3 次元フロー測定」。Journal of Physics D: Applied Physics。45 ( 3 ): 035202。Bibcode : 2012JPhD ...45c5202D。doi :10.1088/0022-3727/45/3/035202。S2CID 122030906 。
- ^ Zito J、Durscher R 、Soni J、Roy S、Arnold D (2012 年 5 月8日)。「ミクロンサイズの誘電体バリア放電アクチュエータを使用した流れと力の誘導」。応用物理学レター。100 (19): 193502。Bibcode :2012ApPhL.100s3502Z。doi :10.1063/1.4712068。
- ^ Wang CC、Roy S (2009 年 7 月 10 日)。「推力密度を向上させるマイクロスケールプラズマアクチュエータ」。Journal of Applied Physics。106 ( 1): 013310–013310–7。Bibcode : 2009JAP ...106a3310W。doi :10.1063/1.3160304。S2CID 119803236 。
- ^ Wang CC、Roy S (2009 年 8 月 28日)。「3 次元マイクロスケールガス放電を使用したフローシェーピング」。応用物理学レター。95 (8): 081501。Bibcode :2009ApPhL..95h1501W。doi : 10.1063 /1.3216046。S2CID 122606897 。
- ^ Pescini E、De Giorgi M、Francioso L、 Sciolti A、Ficarella A (2014 年 5 月)。「マイクロ誘電体バリア放電プラズマアクチュエータの静止流への影響」。IET科学、測定、技術。8 (3): 135–142。doi : 10.1049 /iet- smt.2013.0131。S2CID 110753749 。
- ^青野 秀、山川 聡、岩村 功 、穂波 聡、石川 秀 (2017 年 5 月 17 日)。「アクティブフロー制御のための直線型および湾曲型マイクロ誘電体バリア放電プラズマアクチュエータ」。実験熱流体科学。88 :16–23。doi :10.1016/j.expthermflusci.2017.05.005 。
- ^ Durscher R, Roy S (2011 年 12 月 9 日). 「プラズマアクチュエータ用エアロゲルおよび強誘電性誘電体材料」. Journal of Physics D: Applied Physics . 45 (1): 012001. doi :10.1088/0022-3727/45/1/012001. S2CID 122128615.
外部リンク
- WEAV公式サイト