本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
Felipe Gomez 在高中时，他对如何提高喷气发动机的安全性和效率产生了兴趣。他开始研究等离子辅助燃料喷射现象，并在自家车库探索该过程的工作原理。Gomez 使用学校的本生灯和他家燃气烤架上的丙烷构建了他的第一个原型系统。
四年后，Gomez 正在攻读机械工程和航空航天工程双学位，并且是两项获得专利的即插即用型等离子辅助燃料喷射系统的唯一发明人。虽然从技术上讲 Gomez 只是凯斯西储大学的一名大三学生，但他已经在修读研究生课程并进行研究——同时每周还作为 NCAA 游泳运动员在泳池中训练 20 个小时。
他的公司 FGC Plasma Solutions LLC 现在拥有 Gomez 的两项专利，并通过 赢得 2015 年在芝加哥举行的清洁能源信托清洁能源挑战赛和上个月在华盛顿特区 参加 2015 年国家清洁能源商业计划竞赛而获得了全国关注。五月，作为总统宣布支持新兴企业家的新举措的一部分，Gomez 因其创新而获得认可，并与“创智赢家”投资人 Barbara Cocoran、Daymond John 和 Mark Cuban 一起参加了在白宫举行的座谈会。
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他的团队成员包括同学 Joe Scott 和 Joe Heebner。前者是凯斯西储大学的金融专业学生。后者是一名机械工程师，对流体力学和燃烧研究有着浓厚的兴趣。
本月我与 Gomez 交谈时，他解释了他的技术、他致力于这项技术的原因，以及他希望这种改进飞机安全性和降低喷气发动机燃油消耗的新颖方法能够带来什么。
Felipe Gomez 在凯斯西储大学的研究实验室演示等离子辅助燃料喷射
Lott：这项工作是如何开始的？你是什么时候开始真正尝试等离子辅助燃烧的？
Gomez：这一切都始于高中科学展览项目。等离子辅助燃烧现象并不新鲜。我在高中时读了一些关于它的论文，觉得很有趣。所以，我在我家车库开始进行概念验证。我使用本生灯、高压电源和后院烤架上的丙烷罐来改变燃烧过程的动力学。
从几何学上讲，这意味着在火焰底部施加电场。起初，出现了一些非常壮观的烟火。车库正好在我邻居的视线范围内，他是一名消防队长，我工作时可以看到他从窗户探出头来。
Lott：在您在车库的工作之后，这个项目是如何发展的？
Gomez：在我在车库完成概念验证后，我把它带到了科学展览会，并开始看到一些非常有趣的应用潜力。然后我获得了奖学金进入凯斯西储大学，并将我的原型带到那里继续研究。在凯斯西储大学，我开始研究它最适合在哪里使用，并最终确定为喷气发动机——尽管它也可以用于发电厂的燃气轮机以提高效率。
然后我研究了如何最好地将其应用于喷气发动机，并开始研究一种新的燃料喷射器设计。这种设计就是我在凯斯西储大学一直在研究的。今天，我们拥有两项获得专利的燃料喷射器技术——滑弧稀薄直喷 (GALDI) 和滑弧稀薄预混预蒸发 (GALPP)——它们使燃烧器能够在较低的当量比下运行，当量比是指喷气发动机使用的燃料和空气的混合物。通过降低比率，您可以减少运行飞机所需的燃料量。因此，您可以提高喷气发动机的整体燃油效率。
Lott：这项工作完全是为了提高燃油效率吗？还是安全性是这项工作的另一个方面？
Gomez：安全性只是一个小方面，因为喷气发动机已经非常安全了。但是，由于您通过等离子辅助燃烧使燃烧过程更加稳定，因此您可以使发动机不易受到熄火问题的困扰——尽管这在今天的喷气发动机中很少见。
喷气发动机中的熄火是指发动机中的燃烧熄灭。这通常发生在燃烧变得不稳定时，当气流中的某些东西变得混乱或燃料与空气的比例过低时，就会发生这种情况，火焰无法存在，因为它无法产生足够的热量来维持自身。
利用等离子体，我们可以提高燃料混合物的可燃性，从而降低最低燃料与空气的比例。例如，当飞机飞过雷暴雨时，空气中有很多水，水试图熄灭火焰，这可能很重要。利用等离子体，您可以保持火焰稳定并防止潜在问题。
等离子体还可以让您在高海拔地区保持或点燃火焰，因为在高海拔地区，氧气不足且温度过低，无法维持火焰。
同样，这些都是非常罕见的情况和问题。我们的价值主张主要不在于安全性——而在于燃油效率。但是，这项技术确实支持更安全的操作。
Lott：在燃油效率方面，我们今天实际上是否花费了更多燃料，因为我们需要在燃烧过程中投入更多的化学能以避免爆燃？等离子体如何帮助您获得所需的动力？
Gomez：喷气发动机燃烧的低效率发生在不完全燃烧时——要么是空气不足以氧化燃料，要么是燃料没有足够的时间燃烧。喷气发动机燃烧器已经非常高效，除非它们处于怠速状态。
我们所做的工作实际上只在非常低的功率设置下对燃油效率有所帮助。我们的技术提高了喷气发动机在怠速、滑行或以非常低的功率设置下降时的效率。等离子体使您能够在这些低功率设置下减少所需的燃料量，以防止火焰熄灭。
基本上，喷气发动机目前在这些低功率设置期间（例如当您坐在跑道上等待起飞时）使用的燃料大约是它们需要的两倍。这种燃料消耗会累积起来。
Lott：当地空气污染，例如氮氧化物 (NOx) 呢？
Gomez：该行业非常关注空气污染等问题，并一直在努力降低污染水平。今天的喷气发动机比旧的喷气发动机污染少得多。我们的技术比仅仅提高效率更能进一步减少 NOx。我们的技术不仅减少了维持燃烧所需的燃料量，而且还降低了燃烧温度。
我们有两项技术——旨在提高行业已经转向的两种不同类型燃烧系统的效率。这些是直喷系统和预混预蒸发系统。
Lott：我们已经谈了很多关于喷气发动机的内容——燃气轮机和发电厂在其中扮演什么角色？
Gomez：我是一个狂热的航空航天爱好者，所以航空航天市场一直最让我感兴趣。但是，一些在商业方面为我提供建议的人说，喷气发动机的六到八年上市时间对任何投资者来说都行不通。甚至可能对任何想加入公司的人来说都行不通。因此，我们需要找到一个我们可以更早进入的市场。这就是发电厂进入这个领域的原因。
燃气轮机的运行方式与喷气发动机相同。但是，您没有像飞机技术那样严格的适航性要求。法规和安全系数要求没有那么严格，因为如果它发生故障，没有人会死。飞机不会坠毁。
我们对燃气轮机市场研究得越多，就越发现诸如燃气轮机的 NOx 排放限制比喷气发动机严格 20 倍之类的事实。它们可能不像燃料那样敏感，但我们仍然可以为发电厂解决很多问题。
由于天然气发电厂非常担心 NOx 排放，他们试图让他们的工厂运行得更精简。利用等离子体，我们可以提高它们的火焰稳定性。对于旋转备用电厂和调峰电厂，我们可以让它们以非常低的速度怠速运转——这可以节省发动机的磨损，因为您每天不会有大量的热循环。
好消息是喷气发动机和燃气轮机的商业化路径在某种程度上是平行的。制造燃气轮机的公司通常也制造喷气发动机。因此，这将有助于我们与他们建立关系，并且将有助于他们解决他们在喷气发动机和燃气轮机方面的一些问题。
Lott：您的工作与您在高中车库里的时候到今天在凯斯西储大学的时候相比发生了哪些变化？
Gomez：最大的变化是，起初，我将此视为一个纯粹的研究项目。但后来我意识到，如果我把它变成一家公司，我可以获得更多的资金来从事这个项目。所以，我在大二那年就这样做了。
Gomez：我认为我最享受的是研究。但是，与此同时，我认为如果研究没有任何成果，那就毫无用处。因此，我认为将这项研究从实验室中拿出来，作为一项业务来做，并了解市场真正需要什么的过程，使得这项研究比仅仅在实验室里摆弄一些你认为很酷的东西重要得多。因此，能够同时进行研究和商业是很酷的。但是，从根本上来说，我更像一个研究人员。
Lott：谁参与了这项工作？
Gomez：我有一些教师顾问，包括 James T’ien 教授、Joe Prahl 教授、Mohan Sankaran 教授和 Mindy Baierl，一位技术工程师（现在是我们的研究副总裁）和一位首席财务官——全部来自凯斯西储大学。我在我的研究生燃烧科学课上遇到了我们的研究副总裁 Joe Heebner，他也是一名运动员。我和我们的首席财务官 Joe Scott 是室友。他精通金融，而我不懂，所以我拉他入伙了。
Lott：您毕业后的下一步计划是什么？
Gomez：研究生院肯定是会去的。我可能会先在凯斯西储大学读一年硕士，然后再去其他地方读博士。我入学时有很多学分，并且已经修读了一些研究生课程，所以只需要写我的论文即可。我们拭目以待。