بررسی تجربی میزان نیروی پیشران و سرعت باد یونی با استفاده از تخلیه کرونا در چینش های مختلف در کرونای مثبت و منفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی هوافضا، گرایش آیرودینامیک، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، گرایش آیرودینامیک، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران

3 کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، گرایش آیرودینامیک، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران

چکیده

در دو دهه اخیر، استفاده از تخلیه کرونا به‌عنوان یک سیستم پیشران پلاسمایی موردتوجه بسیاری از محققین هوافضا قرارگرفته است. در این تحقیق، به‌منظور دست یافتن به نیروی پیشران بیشتر و ضریب اثربخشی بالاتر، مطالعاتی در زمینه تخلیه کرونا در فشار اتمسفری با ایجاد شرایط هندسی متفاوت الکترودها، در چینش آرایه­ای و اعمال ولتاژهای مختلف با قطبش­های متفاوت انجام‌شده است. یکی از رایج­ترین پیکربندی­ها در تخلیه کرونا، پیکربندی سیم-استوانه است. در تحقیق حاضر با استفاده از پیکربندی سیم-استوانه به شکل آرایه­ای و در چینش‌های مختلف و با استفاده از ولتاژهای اعمالی مثبت-زمین، منفی-زمین و مثبت-منفی به بررسی نیروی پیشران تولیدشده در شرایط متفاوت پرداخته‌شده است. در این تحقیق، میزان نیروی پیشران تولیدشده و نسبت نیروی پیشران تولیدشده به توان مصرفی سیستم بررسی شد. همچنین سری و موازی قرار گرفتن الکترودها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد، اعمال کرونای مثبت-منفی، نیروی پیشران و سرعت باد یونی بیشتری نسبت به اعمال ولتاژ مثبت-زمین یا منفی-زمین ایجاد کرده است. همچنین با افزایش تعداد الکترودها، ضریب اثربخشی (راندمان) سیستم افزایش می­یابد که البته این افزایش به شکل غیرخطی است. در نهایت، نتایج نشان می‌دهد با سری کردن الکترودها در شرایط یکسان نسبت به حالت موازی، مقدار نیروی پیشران حدود 40 درصد و توان مصرفی حدود 25 درصد افزایش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Newton I, Opticks: or, a Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light, W. & J. Innys, London, 2nd Edition; 1718, 25-27.
[2] Davis J L, Hoburg J F. Wire-Duct Precipitator Field and Charge Computation Using Finite Element and Characteristics Methods. Journal of Electrostatics, 1983; 14:2:187–199.
[3] Javadi H, Farzaneh M, Measuring of Corona Discharge Inception Voltage to Determine Electric Field over the non-homogenous Electrodes in the Air Insulation, 19th International Power System Conference, 2004.
[4] Jewell-Larsen N E, Karpov S V, Krichtafovitch I A, Vivi Jayanty, Hsu C P, Mamishev A V. Modeling of Corona-Induced Electrohydrodynamic Flow with COMSOL Multiphysics. Proc. ESA Annual Meeting on Electrostatics, Paper E1, 2008 .
[5] Wilson  J, Perkins H D, and Thompson W K. An Investigation of Ionic Wind Propulsion. No. NASA/TM-2009-215822. 2009.
[6]  Colas D F, Ferret A, Pai D Z, Lacoste D A, Laux C O, Ion Wind Generation by a Wire-Cylinder-Plate Corona Discharge in Air at Atmospheric Pressure. Journal of Applied Physics. 2010; 108:10; 1-6.
[7] Kachi M, Dascalescu L, Corona Discharge in Asymmetric Electrode Configurations, Journal of Electrostatics, 2014; 72: 6-12.
[8] Moreau E, Benard N, Alicalapa F, Douyère A, Electrohydrodynamic Force Produced by a Corona Discharge Between a Wire Active Electrode And Several Cylinder Electrodes. Application to Electric Propulsion. Journal of Electrostatics, 2015; 76:194-200.
[9] Wang W, Yang L, Wu K, Lin C, Huo P, Liu S, Huang D, Lin M. Regulation-Controlling of Boundary Layer by Multi-Wire-to-Cylinder Negative Corona Discharge. Applied Thermal Engineering, 2017; 119:438-448.
[10] XU H, He Y, Kieran L S, Christopher K G, Sean P K, Cooper C H, Sebastian T, Mark R W, David J P, & Steven R B. Flight of an Aeroplane with Solid-State Propulsion. Nature, 2018; 563.
[11] Drew D S, et al. Toward Controlled Flight of the Ionocraft: a Flying Microrobot Using Electrohydrodynamic Thrust with Onboard Sensing and No Moving Parts. IEEE Robotics and Automation Letters 3.4, 2018:2807-2813.
[12] Shintaro S, et al. Successively Accelerated Ionic Wind with Integrated Dielectric-Barrier-Discharge Plasma Actuator for Low-Voltage Operation. Scientific reports 9.1, 2019: 1-11.
[13] Cogollo M, Balsalobre P, Lantada A, Puage H, Design and Experimental Evaluation of Innovative Wire-to-Plane Fins’ Configuration for Atmosphere Corona-Discharge Cooling Devices, Journal of Applied Science, 2020; 10, 1010: 1-15.
[14] Gu L, Tan W, Jiang Z, Chen X, Ren W, Jin Z, Relationship between Corona Discharge Thrust and Applied Voltage’s Polarity, Journal of Energies, 2023; 16 :1-11.
]15[ فتحی ع، مهدی آهنگر م، شبیه‌سازی عددی رژیم تخلیه کرونا ایجادشده توسط پیکربندی سیم-سیلندر، در شرایط اتمسفری، مجله مهندسی مکانیک مدرس. 1397، د. 18، ش. 2، ص320-323.
]16[ فتحی ع، آهنگر م، مدل­سازی جریان پلاسما در یک رانشگر الکتروهیدرودینامیک دو کاتده، فصلنامه علمی-پژوهشی علوم و فناوری فضایی.1398، د. 12، ش. 2، ص. 1-10.
]17[ آقایی ملک­آبادی م،  خوشخو ر، سلطانی احمدی ح، شبیه‌سازی عددی رژیم تخلیه کرونا در پیکربندی سیم-سیلندر در شرایط اتمسفریک، مجله دانش و فناوری هوافضا. 1402، د.12، ش. 2، ص 18-36.