بررسی تجربی مشخصات عملکردی یک رانشگر پلاسمایی تخلیه مانع دی‌الکتریک برای کاربردهای پیشرانشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده فناوری‌های نوین و مهندسی هوافضا، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده فناوری‌های نوین و مهندسی هوافضا، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، جریان کانال ناشی از پلاسمای تخلیه مانع دی الکتریک برای استفاده به عنوان رانشگر در کاربردهای پیشرانشی پیشنهاد شده و به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. اندازه­گیری­های مقادیر نیروی پیشران و توان مصرفی به ازای مقادیر مختلف ضخامت مانع دی الکتریک و طول الکترودها انجام شده است. داده­های مربوط به پارامترهای مذکور که برای کمی­سازی اثر ولتاژ اعمالی بر روی پارامتر کارآیی رانشگر مورد استفاده قرار گرفته، نشان­دهندۀ شکل قله­ای برای منحنی­های کارآیی با مقدار بیشینۀ 19/0 میلی­نیوتن بر وات در نقطه­ی پیک منحنی می­باشد. همچنین، یک تحلیل مبتنی بر قانون توانی برای استخراج روابط بین پارامتر کارایی، نیروی پیشران و توان مصرفی برحسب ولتاژ اعمالی رانشگر ارائه شده است. بر اساس این تحلیل مشخص شد که توان مصرفی رانشگر با ولتاژ اعمالی به توان 4 متناسب بوده و نیروی پیشران نیز در رژیم­های برافروختگی و رگه­ای به ترتیب تابعی از کمیت مذکور با مرتبه 8/5 و 2/2 می­باشد. در نهایت نشان داده شد که پارامتر کارآیی در رژیم­های برافروختگی و رگه­ای تابعیت توان مصرفی از مرتبه 5/0 و 5/0- را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Taleghani, A.S., Shadaram, A., Mirzaei, M. and Abdolahipour, S., 2018. Parametric study of a plasma actuator at unsteady actuation by measurements of the induced flow velocity for flow control. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 40, No. 4, pp. 1-13, 2018
  • Shams Taleghani, A. Shadaram, M. Mirzaei, Effects of duty cycles of the plasma actuators on improvement of the pressure distribution over NLF0414 airfoil, Modares Mechanical Engineering, Vol. 12, No. 1, pp. 106-114, 2012.
  • Shams Taleghani, A. Shadaram, M. Mirzaei, Experimental Investigation of Active Flow Control for Changing Stall Angle of a NACA0012 Airfoil Using Plasma- Actuator, Fluid Mechanics and Aerodynamics Journal, Vol. 1, pp. 89-97, 2012.
  • Mohammadi, M. and Taleghani, A.S., 2014. Active flow control by dielectric barrier discharge to increase stall angle of a NACA0012 airfoil. Arabian Journal for Science and Engineering, 39, pp. 2363–2370, 2014.
  • Mirzaei, M., Taleghani, A.S. and Shadaram, A., 2012. Experimental study of vortex shedding control using plasma actuator. Applied Mechanics and Materials, 186, pp. 75-86, 2012. Trans Tech Publications Ltd.
  • Ozturk C., and Jacob J. D., Plasma Micro-Thrusters for Micro-Aerial Vehicles. SAE Technical Paper Series, No. 2008-01-2244, 2008.
  • Ozturk C., Bolitho M., and Jacob J. D., Parametric Study of Thrust Generation in Plasma Microthrusters. In 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, USA, No. AIAA-2008-539, 2008.
  • Greig A., Birzer C. H., and Arjomandi M., Atmospheric Plasma Thruster: Theory and Concept. AIAA Journal, Vol. 51 No. 2, pp. 362-371, 2012.
  • Debiasi M., and Jiun-Ming L., Experimental Study of a DBD-Plasma Driven Channel Flow. In, 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, No. AIAA-2011-954, Orlando, Florida, USA, 2011.
  • Riherd M., and Roy S., Measurements and Simulations of a Channel Flow Powered by Plasma Actuators. International Journal of Applied Physics, Vol. 112, No. 5, p. 053303, 2012.
  • Ibrahim I. H., and Skote M., Simulating Plasma Actuators in a Channel Flow Configuration by Utilizing the Modified Suzen-Huang Model. Computer & Fluids, Vol. 99, pp. 144-155.
  • Campbell N. S., and Roy S., Plasma Channel Flows: Electro-Fluid Dynamic Jets. Applied Physics Letters, Vol. 105, No. 13, p. 132906, 2014.
  • Soni J., Characterization of Plasma Actuator Based Micro Thruster Concepts for High Altitude Aircrafts and CubeSat, Ph.D. Thesis, University of Florida, 2014.
  • Defoort E., Benard N., and Moreau E., Ionic Wind Produced by an Electro-Aerodynamic Pump Based on Corona and Dielectric Barrier Discharges. Journal of Electrostatics, Vol. 88, pp. 35-40. 2017.
  • Browning P., Shambaugh B., and Dygert J., Experimental Study of Dielectric Barrier Discharge Driven Duct Flow for Propulsion Applications in Unmanned Aerial Systems. SAE Technical Paper Series, No. 2017-01-2063, 2017.
  • Adamiak K., Two-Species Modeling of Electro Hydrodynamic Pump Based on Surface Dielectric Barrier Discharge. Journal of Electrostatics, Vol. 106, p. 103470, 2020.
  • Lilley A. J., Michels L. Z., and Roy S., Experiment Integrated Numerical Modeling of a Channel Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator. In AIAA Scitech 2020 Forum, Orlando, Florida, 2020.
  • Wojewodka M. M., White C., and Kontis K., Effect of Permittivity and Frequency on Induced Velocity in Ac-DBD Surface and Channel Plasma Actuators. Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 303, p. 111831, 2020.
  • Durscher R., and Roy S., Evaluation of Thrust Measurement Techniques for Dielectric Barrier Discharge Actuators. Experiments in Fluids, Vol. 53, No. 4, pp. 1165-1176, 2012.
  • Wu L., Gao C., Yan X., Liu F., and Luo S., PIV-Estimated DBD Plasma-Actuator Thrust Verified by Measurement in Quiescent Air. In 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting, p. 0198, 2016.
  • Hoskinson A. R., Hershkowitz N., and Ashpis D. E., Force Measurements of Single and Double Barrier DBD Plasma Actuators in Quiescent air. Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 41, No. 24, p. 245209, 2008.
  • Zito J., Arnold D., Durscher R., and Roy S., Investigation of Impedance Characteristics and Power Delivery for Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators. In 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, p. 964, 2010.
  • Ashpis D. E., Laun M. C., and Griebeler E. L. Progress toward Accurate Measurement of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator Power. AIAA Journal, Vol. 55, No. 7, pp. 2254-2268, 2017.
  • Benard N., and Moreau E., Role of the Electric Waveform Supplying a Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator. Physics Letters, Vol. 100, No. 19, p. 193503, 2012.
  • Kriegseis J., Möller B., Grundmann S., and Tropea C., Capacitance and Power Consumption Quantification of Dielectric Barrier Discharge (DBD) Plasma Actuators. Journal of Electrostatics, Vol. 69, No.4, pp. 302-312, 2011.
  • Yoon, J. S., and Han, J. H., Semiempirical thrust model of dielectric barrier plasma actuator for flow control. Journal of Aerospace Engineering, Vol. 28, No. 1, 04014041, 2005.
  • Thomas F. O., Corke T. C., Iqbal M., Kozlov A., and Schatzman D., Optimization of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators for Active Aerodynamic Flow Control. AIAA Journal, Vol. 47, No. 9, pp. 2169-2178, 2009.
  • Houser N., Manufacturing of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators for Degradation Resistance, Ph.D. Thesis, University of Toronto, Toronto, 2013.
  • Kriegseis J., Duchmann A., Tropea C., and Grundmann S., On the Classification of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators: A Comprehensive Performance Evaluation Study. Journal of Applied Physics, Vol. 114, No. 5, p. 053301, 2013.
  • Geuns R., Goekce S., Plyushchev G., Leyland P., Pimentel R., de Champlain A., and Jean Y., Understanding SDBD Actuators: An Experimental Study on Plasma Characteristics. In AIAA Aviation, 45th AIAA Plasma Dynamics and Lasers Conference, p. 2811, 2014.
  • Kriegseis J., Performance Characterization and Quantification of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators, Ph.D. Thesis, University of Darmstadt, Germany, 2011.

 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار