بررسي تجربي مشخصات عملكردي يك رانشگر پلاسمايي تخليه مانع دي‌الكتريك براي كاربردهاي پيشرانشي

Experimental performance characterization of a dielectric barrier discharge plasma thruster for propulsion applications

در اين پژوهش، جريان كانال ناشي از پلاسماي تخليه مانع دي الكتريك براي استفاده به عنوان رانشگر در كاربردهاي پيشرانشي پيشنهاد شده و به صورت تجربي مورد مطالعه قرار گرفته است. اندازه­ گيري­ هاي مقادير نيروي پيشران و توان مصرفي به ازاي مقادير مختلف ضخامت مانع دي الكتريك و طول الكترودها انجام شده است. داده ­هاي مربوط به پارامترهاي مذكور كه براي كمي ­سازي اثر ولتاژ اعمالي بر روي پارامتر كارآيي رانشگر مورد استفاده قرار گرفته، نشان­ دهندۀ شكل قل ه­اي براي منحني­ هاي كارآيي با مقدار بيشينۀ 0/19 ميلي ­نيوتن بر وات در نقطه ­ي پيك منحني مي ­باشد. همچنين، يك تحليل مبتني بر قانون تواني براي استخراج روابط بين پارامتر كارايي، نيروي پيشران و توان مصرفي برحسب ولتاژ اعمالي رانشگر ارائه شده است. بر اساس اين تحليل مشخص شد كه توان مصرفي رانشگر با ولتاژ اعمالي به توان 4 متناسب بوده و نيروي پيشران نيز در رژيم­ هاي برافروختگي و رگ ه­اي به ترتيب تابعي از كميت مذكور با مرتبه 5/8 و 2/2 مي­باشد. در نهايت نشان داده شد كه پارامتر كارآيي در رژيم ­هاي برافروختگي و رگ ه­اي تابعيت توان مصرفي از مرتبه 0/5 و 0/5- را دارد.

In this research, the dielectric barrier discharge plasma driven channel flow has been proposed for use as a thruster in the propulsion’s applictions and has been experimentally studied. Measurments of the thrust and consumed power with different values of barrier thicknesses and electrodes’ lenghths have been performed. The data of the mentioned parameters have been taken in order to quantify the effects of operating voltage on the effectiveness parameter of thruster, showing a peak-shaped profile for the effectiveness with maximum value of 0.19 mN/W at the profile summit. Also, a power law analysis has been used to derive relationships for the effectiveness, thrust and consumed power in terms of the applied voltage. It has been found that the thruster’s power is proportional to the voltage with exponent of 4, and the thrust is function of voltage with exponent of 5.8 and 2.2 for the glow and filamentary regimes, respectively. Finally, it has been shown that the effectiveness can be correlated to consumed power with exponent of 0.5 and -0.5 for the glow and filamentary regimes, respectively.