基于线-NACA 00xx翼型电极配置的电液驱动推进系统电晕放电特性分析与实验验证

《Scientific Reports》：Analytical framework for corona discharge modelling at small distances integrated with established propulsion relationships

　　

摘要

电液驱动（EHD）推进系统因其免维护运行、更环保的能源、更安静以及更高效的技术潜力而备受关注。本研究旨在建立一种分析框架，以研究线-NACA 00xx翼型电极配置中的电晕放电特性，该配置可作为更大模块化推进系统中的一个模块。本研究提出的分析方法采用逐步推进的方式，以实现与实验结果的兼容。该方法最关键的要素之一是建立电晕放电的精确近似模型，该模型已通过实验数据进行严格验证。所提出的分析结果与实验数据的对比表明，在20毫米电极间隙条件下，电晕放电的平均绝对百分比误差（MAPE）为4.13%，表明该模型在短距离电晕放电预测方面具有较强的准确性。该框架集成了EHD推力、阻力、推力、功耗和效率等已建立的分析关系，提供了一种完整的工程分析工具。针对给定模块，研究了各项参数（如效率（即推力与功率之比）、推力、功耗、电势和电晕放电）之间的相互关系以及它们与电极间隙之间的关系。电晕放电组件已通过实验验证，而其余推进参数则基于已建立物理关系推导得出，旨在为初步工程指导和参数化研究提供参考。研究结果可概括为以下两个主要部分：(1) 离子风推进对于大型空气动力系统而言并不实际（例如，要达到商用喷气发动机330千牛推力，约需5亿个模块），但可用于极小型系统的独立推进，以及中小型系统的辅助推进。(2) 离子风推进是一个受约束的多目标优化问题，约束条件包括系统主要参数（如最小推力需求、质量等）和输入参数（如高压电源（HPVS）），目标包括推力、效率等。