مکانیک سیالات و آیرودینامیک

مکانیک سیالات و آیرودینامیک

بررسی پارامتریک عوامل مؤثر بر سامانه پیشرانش‌‌کرونای منفی به‌صورت تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی هوافضا، واحدعلوم و تحقیقات، دانشگاه آزاداسلامی ،تهران، ایران
2 استادیار،گروه مهندسی هوافضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاداسلامی، تهران،ایران
3 استاد، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران ،ایران
4 استادیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران ،ایران
چکیده
پیشرانش‌پلاسمای‌کرونا (الکترو آیرودینامیک)، یک روش نوین برای تولید نیروی پیشران با استفاده از میدان‌های الکتریکی قوی است که جریان یونی را در یک گاز خنثی ایجاد می‌کند. این سامانه‌ها به دلیل حذف وابستگی به سوخت‌های فسیلی، طراحی ساده بدون قطعات متحرک، عملکرد کم‌صدا، به‌عنوان گزینه‌ای نوآورانه برای کاربردهای هوافضایی مطرح‌شده‌اند. این فناوری نوظهور در حوزه پیشرانش، پتانسیل بالایی برای کاربردهای هوافضایی و صنعتی دارد. در این تحقیق، عوامل کلیدی مؤثر بر راندمان پیشرانش‌پلاسمای‌کرونا به‌صورت آزمایشگاهی بررسی‌شده است. همچنین عوامل محیطی مانند دما و رطوبت مؤثر بر سیستم پیشران کرونا نیز موردمطالعه قرار گرفت. هدف، استخراج عوامل کلیدی مؤثر بر راندمان (ضریب اثربخشی) باتوجه‌به متغیرهایی از قبیل اختلاف‌پتانسیل اعمالی تا حداکثر Kv 34، شدت‌جریان تا mA 6/0، فاصله الکترودها در بازه cm 2 تا cm 5، الکترودهای ساطع از جنس مس، استیل و فولاد، تعداد الکترودها از 2 تا 10 الکترود، دمای 21 تا 26، رطوبت 1/0 تا 24/0 و ویژگی‌های ساختاری بوده است. نتایج نشان می‌دهد علاوه بر عوامل تاثیرگذارکلیدی ازجمله ولتاژ و جریان اعمالی، جنس و فاصله الکترودها، عوامل محیطی همچون دما و رطوبت نیز تأثیر چشمگیری بر راندمان (ضریب اثربخشی) دارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental Parametric Study of Factors Affecting the Negative Corona Plasma Propulsion System

نویسندگان English

Seyed Abolfazl Mousavi 1
Farshad Pazooki 2
Seyed Hossein Sadati 3
Rouhollah Khoshkhoo 4
1 PhD student,.Department of Aerospace Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University,Tehran, Iran
2 Assistant Professor,Department of Aerospace Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University.Tehran, Iran
3 Professor, Faculty of Aerospace Engineering, Malek Ashtar University of Technology .Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Faculty of Aerospace Engineering, Malek Ashtar University of Technology.Tehran, Iran
چکیده English

Corona plasma propulsion (electro-aerodynamics) is an innovative method for generating thrust using strong electric fields to create ionic flow in a neutral gas. These systems, due to their elimination of fossil fuel dependency, simple design without moving parts, and low-noise operation, have emerged as a promising option for aerospace applications. This emerging propulsion technology holds significant potential for both aerospace and industrial applications. In this study, the key factors affecting the efficiency of corona plasma propulsion were experimentally investigated. Additionally, environmental factors such as temperature and humidity impacting the corona propulsion system were examined. The objective was to identify the key factors influencing efficiency (effectiveness coefficient) based on variables including applied voltage up to 34 kV, current intensity up to 0.6 mA, electrode spacing ranging from 2 cm to 5 cm, emitter electrodes made of copper, stainless steel, and steel, the number of electrodes ranging from 2 to 10, temperatures between 21°C and 26°C, humidity from 0.1 to 0.24, and structural characteristics. The results indicate that, in addition to key influential factors such as applied voltage and current, electrode material, and spacing, environmental factors like temperature and humidity also significantly affect efficiency (effectiveness coefficient).

کلیدواژه‌ها English

Propulsion
Corona Discharge
Effectiveness Factor
Parametric Study
Environmental Conditions

Smiley face

[1] Christenson, E. A., & Moller, P. S. (1967). Ion-neutral propulsion in atmospheric media. AIAA Journal, 5(10), 1768–1773. DOI  10.2514/3.4307
[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. DOI  10.1016/  S0304-3886(96)00031-9
[3] Javadi H, Farzaneh M, Measuring of Corona Discharge Inception Voltage to Determine Electric Field over the nonhomogenous Electrodes in the Air Insulation, 19th International Power System Conference, 2004. (in Persian)
[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  DOI 10.1016/ j.elstat.2020.103446
[5] Wilson J, Perkins H D, and Thompson W K. An Investigation of Ionic Wind Propulsion. No. NASA/TM- 2009-215822. 2009. DOI  10.1109/  ICHVE49031.2020.9279492
[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. DOI  10.1063/1.3514131
[7] Kachi M, Dascalescu L, Corona Discharge in Asymmetric Electrode Configurations, Journal of Electrostatics,2014;72:6-12 DOI  10.1016/ j.elstat.2013.11.001
[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. DOI  10.1016/j.elstat.2015.05.025
[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.  DOI 10.1016/ j.applthermaleng.2017.03.092
[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. DOI  10.1038/s41586-018-0707-9
[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. DOI  10.1109/LRA.2018.2844461
[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. DOI   10.1038/s41598-019-42284-w
[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. DOI   10.3390/app10031010
[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. DOI  10.3390/en16145257
[15] Fathi A, Mehdi Ahangar, M. Numerical simulation of corona discharge regime created by cylinder wire configuration under atmospheric conditions, Journal of Mechanical Engineering, Modares, 2018, Vol. 18, No. 2, pp. 32-323(in Persian)
 dor:20.1001.1.10275940.1397.18.2.5.3   
 [16] Fathi A, Ahangar, Plasma flow modeling in an electrohydrodynamic thruster, Second, Section Quarterly Scientific Research Journal of Space Science and Technology 2019, Vol. 12, No. 2, pp. 1-10 DOI    10.30699/jsst.2019.82177 (in Persian)
[17] Aghaei Malekabadi, Khoshkhor, Soltani Ahmadi H, Numerical simulation of corona discharge regime in cylinder wire configuration under atmospheric conditions, Journal of Aerospace Science and Technology 2019, Vol. 12, No. 2, pp. 18-36 (in Persian)
[18] Ahmadi  H.; Soltani M. Investigation of electrohydrodynamic flow in corona discharge systems. J. Aerosp. Sci. Technol. Imam Hossein Univ., 2019, 12(1), 45–56 (In Persian). dor:20.1001.1.26762935.1398.12.1.3.2
دوره 14، شماره 2 - شماره پیاپی 36
پاییز و زمستان
اسفند 1404
صفحه 15-24

  • تاریخ دریافت 27 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 14 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 13 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار 01 اسفند 1404