طراحی و ساخت یک پیشران الکتروهیدرودینامیکی جهت استفاده در میکروربات پرنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

این مقاله به طراحی و ساخت یک پیشران جهت استفاده در میکروربات پرنده یا میکرو پهپاد با استفاده از تخلیه کرونای کنترل شده جریان الکترهیدرو دینامیکی پرداخته است، یکی نمونه از عملگرهای پلاسما، عملگرهای پلاسمای کرونا می‌باشد که به وسیله یک الکترود دارای ولتاژ بالا با شعاع انحنای کوچک به‌عنوان ساطع کننده(امیتر) و الکترود دیگر به‌عنوان جمع کننده(کالکتور) که در فاصله معینی از یکدیگر قرار دارند، ایجاد می‌شود. در این تحقیق، به بررسی وسایل پرنده هوایی در مقیاس میکروروبات با وزن کمتر از 100 میلی‌گرم و طول مشخصه کمتر از 5 سانتی‌متر با استفاده از محرک الکتروهیدرودینامیکی مبتنی بر تخلیه عملگرهای کرونا پرداخته شده است. تولید نیروی پیشران تقریبا ًبی‌سر و صدا و بدون استفاده از قطعات متحرک است. در این تحقیق، با بررسی استفاده از آلیاژهای مختلف فلز آلومینیوم (تی3[1]، 1100 ، 2024، 7050 و 7075) به یک وزن بهینه برای کالکتر و وزن بهینه و استحکام لازم برای امیتر به دست آمد. در نتیجه مدل تک امیتری و در نهایت مدل دو امیتری ساخته شد و نتایج به دست آمده بر مورد بحث و بررسی قرار گرفت. تراست تولیدی حالت دو امیتری در کرونای منفی، 79 درصد بیشتر از حالت تک امیتری است و در حالت دو امیتری، تراست تولیدی در تخلیه کرونای منفی، 44 درصد بیشتر از تخلیه کرونای مثبت می‌باشد، همچنین در کرونا منفی، افزایش ولتاژ در نمونه تک امیتری تاثیر بسزایی در کاهش راندمان تولیدی نسبت به پیشران دو امیتری دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Construction of An Electro-Hydrodynamic Thruster for Use in a Flying Microrobot

نویسندگان [English]

  • Esmaeil Cjeshmehnia
  • Rouhollah Khoshkhoo
MUT
چکیده [English]

This paper deals with the design and construction of a propeller for use in a flying micro robot using controlled electro-hydrodynamic current corona discharge. One example of plasma actuators is corona plasma actuators, which are created by a high-voltage electrode with a small radius of curvature as the emitter and another electrode as the collector, which are located at a certain distance from each other. In this research, micro robot-scale aerial vehicles with a weight of less than 100 mg and a characteristic length of less than 5 cm were investigated using an electro-hydrodynamic actuator based on corona discharge actuators. In this research, by examining the use of different aluminum metal alloys (T3, 1100, 2024, 7050, and 7075), an optimal weight for the collector and the optimal weight and necessary strength (T3 aluminum alloy) for the emitter were obtained. The results of this study showed, it is concluded that, in negative corona, increasing the voltage in the single-emitter sample has a significant effect on reducing the production efficiency compared to the dual-emitter propellant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Corona Plasma Actuator
  • Microrobot
  • Needle-Plate Configuration
  • Positive Corona Discharge
  • Negative Corona Discharge

مراجع

[1] A. P. Chattoch, On the velocity and mass of the ions in the electricwind, in Air, Phlosophical Magazine, (2005) 401-420.
[2] K. Adamiak, P. Atten, Simulation of corona discharge in point–plane configuration, Journal of Electrostatic, 61(2) (2008) 85-98.
[3] N. Monrolin., F. Plouraboune, O. Praud, Electrohydrodynamic thrust for in atmosphere propulsion, AIAA Journal, 55(2) (2017) 4296-4305.
[4] D. S. Drew, Lambert, N. O., Schindler, C. B., & Pister, K. S, 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.
]5[ D. S. Drew and K.  J. Pister, Geometric optimization of microfabricated silicon electrodes for corona discharge-based electrohydrodynamic thruster’s, Journal of Micromachines, 8(5) (2018) 1-13.
[6] D. S. Drew, Contreras, and K. S. Pister, First thrust from a microfabricated atmospheric ion engine, in Proc. IEEE 30th International Conference Electro Mechanical Systems, January (2018).
[7] J. Chu, MIT Engineers fly first-ever plane with no moving parts, MIT News, Nowember (2023(.
[8] Undefined Technologies. Next generation silent drone, (2023).
[9] Y. Park, Nguyen, K. Kweon, J. Choi, J. Structural analysis of a composite target-drone, International Journal of Aeronautic Space Science, 12(1) (2011) 84-91.
[10] F. Romano, Herdrich, G. Crisp, N. H. Edmondson, S. Haigh, S. et al. Design of an intake and a thruster for an atmosphere-breathing electric propulsion system, Springer Nature Link, CEASS Space Journal, 14 (2022) 707-715.
[11] N. Habibi, Amanifard, N. Deylami, H. M. Dolati, F. Numerical Investigation of the Effect of Corona Discharge on the Heat Transfer and Pressure Drop over a Single Slot, Journal of Mechanical of structures and fluxes, (2019). (In Persian)
[12] A. Fathi, Ahangar, M. Numerical simulation of electrohydrodynamic flow produced by wire-tocylinder in atmospheric condition, Journal of Modarres Mechanical Engineering, 18(2) (2018) 323-330. (In Persian)
[13] A. Zamani, Khoshkhoo, R. Hashemzadeh, G. Experimental study of three lifters using positive and negative corona discharge, Journal of Advance Defense Sciences, Technology, 13(4) (2023) 251-262. (In Persian).
[14] P. Babasafari, Khoshkhoo, R. Eshraghi, H. Experimental investigation of the effect of different corona plasma actuator arrangements on the amount of thrust produced on a flat surface, Journal of Aeronautical Engineering, 25(1) (2023) 144-153. (In Persian).
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 57، شماره 5
مرداد 1404
صفحه 567-588

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار