بررسی تجربی تأثیر آرایشهای مختلف عملگر پلاسمای کرونا بر میزان نیروی پیشران تولیدشده بر روی صفحه تخت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر- مجتمع دانشگاهی مکانیک

3 دانش آموخته دکترای مهندسی هوافضا جلوبرندگی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22034/joae.2023.171332

چکیده

در دودهه گذشته، استفاده از محرک های پلاسمایی به عنوان یک فناوری نوین در عرصه هوافضا ظهور یافته است. یک نمونه از عملگرهای پلاسما، عملگرهای پلاسمای کرونا می باشد که در آن، تخلیه کرونا به‌وسیله یک الکترود دارای ولتاژ بالا با شعاع انحنای کوچک به‌عنوان ساطع کننده و الکترود دیگر به‌عنوان جمع کننده که در فاصله معینی از یکدیگر قرار دارند، ایجاد میشود و منجر به تولید باد یونی می گردد. در این تحقیق، به بررسی تجربی تاثیر دو آرایش بهینه شده برای اندازه گیری نیروی پیشران در کرونای مثبت و منفی پرداخته شده است. نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد که عملگر کرونا می تواند باعث ایجاد نیروی پیشران ‌شود و میزان نیروی پیشران به‌طور مستقیم با میزان ولتاژ در ارتباط است. رابطه بین تغییرات ولتاژ با نیروی پیشران به‌صورت تقریباً خطی می باشد و افزایش ولتاژ باعث رشد بیشتر نیروی پیشران، توان مصرفی و جریان الکتریکی می‌شود. در هر دو آرایش، میزان نیروی پیشران و توان الکتریکی مصرفی در کرونای منفی از کرونای مثبت بیشتر است. در نهایت می توان نتیجه گرفت، تعداد عملگرهای پلاسما در آرایش اول از آرایش دوم بیشتر است، این امر منجر به افزایش نیروی پیشران و میزان توان الکتریکی در آرایش اول نسبت به آرایش دوم می شود

کلیدواژه‌ها


[1]. F. Hauksbee, Physico-Mechanical Experiments on Various Subjects, First Edition, pp. 46-47, London: Brugis, 1709.
[2]. F. Hauksbee, Physico-Mechanical Experiments on Various Subjects, First Edition, pp. 46-47, London: Brugis, 1709.
[3]. I. Newton, Optics, London: Printers to the Royal Society, pp. 25-27, 1718.
[4]. A. P. Chattock, “On the velocity and mass of the ions in the electric wind in air,” Philosophical Magazine, Vol. 48, No. 294, pp. 401–420, 1899.
[5]. D. J. Harney, “An aerodynamic study of the electric wind”, PhD Thesis, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA, 1957.
[6]. L. Sanborn, C. Brown, “Electrical coronas:   Their basic physical mechanisms”, Academic Press, Vol.19, No. 1, 1966.
[7]. E.  A. Christenson and P. S., Moller, “Ion- Neutral propulsion in atmospheric media”, Journal of AIAA, Vol. 5, pp.1768-1773, 1967.
[8]. H. Bondar, F. Bastein, “Effect of neutral fluid velocity on direct conversion from electric to fluid kinetic energy in an electro-fluid-dynamic device,” Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 19, No. 9, pp. 1657-1663, 1986.
[9]. J. Wilson, H. D. Perkins and W. K. Thompson, “An investigation of ionic wind propulsion,” Report No. NASA/TM 2009-215822, NASA, 2009.
[10]. S. H. Barrett, K. Masuyama, “On the performance of electrohydrodynamic propulsion,” Proceeding of the Royal Society A, Vol. 469, No. 20120623, 2013.
[11]. S. H. Barrett and C. K. Gilmore, “Electro hydrodynamic thrust density using positive corona-induced ionic winds for in-atmosphere propulsion”, Proceeding of the Royal Society A, Vol. 471, No. 20140912, 2015.
[12]. D. F. Colas, A. Ferret, D. Z. Pai, D. A. Lacoste and C. O. Laux, “Ion wind generation by a wire-cylinder-plate corona discharge in air at atmospheric pressure”, Journal of Applied Physics, Vol. 108, No. 10, pp. 1-6, 2010.
[13]. K. Kiousis,  N. A. X., Moronis and W. G. Fruh, “Electro-Hydrodynamic (EHD) thrust analysis in wire–cylinder electrode arrangement”, Journal of Plasma Science and Technology, Vol. 16, No. 4, pp. 363-369, 2014.
[14]. C. K. Gilmore and S. R. H. Barrett, “Electro hydrodynamic thrust density using positive corona-induced ionic winds for in-atmosphere propulsion”, Proceeding of the Royal Society A, Vol. 471, No. 20140912, 2015.
[15]. O. Praud, N. Monrolin and F. Ploouraboue, “Electrohydrodynamic thrust for in-atmosphere propulsion”, Journal of AIAA, AIAA No. 554296-4305, 2017.
[16]. D. J. Perreault, Y. He and M. R. Woolston, “Design and implementation of a lightweight high-voltage power converter for electro-aerodynamic propulsion”, IEEE Workshop on Control and Modeling for Power Electronics, IEEE, 2017.
[17]. D. S. Drew, N. O. Lambert, C. B. Schindler and K. J. Pister, “Toward controlled flight of the ionocraft: a flying micro robot using electro hydrodynamic thrust with onboard sensing and no moving parts”, IEEE Robotics Automation Letter, Vol. 3, pp. 2807-2813, 2018.