Numerical investigation of an electroaerodynamic driven aeroplane: electrical properties, ionic wind and flight performance

离子风 航空航天工程 翼展 翼型 推进 空气动力学 机械 风力发电 电压 电力航天器推进 机械工程 海洋工程 环境科学 工程类 物理 电气工程 量子力学 电极
作者
She Chen,Yifei Zhu,Jingyi Tu,Feng Wang
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:52 (36): 365203-365203 被引量:31
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ab2b2a
摘要

Abstract The propellers and turbines used in aeroplanes are typically powered by fossil-fuel combustion. Recently, Xu et al (2018 Nature 563 532–5) demonstrated a successful flight of an aeroplane using ionic-wind propulsion, which does not require combustion or moving parts. The ionic wind phenomenon induced by electrical discharges has been revealed since 17th century, but it was the first practical example of the so called solid-state propulsion. The detailed capabilities of such ionic wind based or electroaerodynamic driven aeroplanes have aroused the interest of both researchers and industries, detailed modeling works are required for deeper insights. In this paper, a 2D unipolar ion drift model coupled with Navier–Stokes equations is developed and validated by experiments. The electric field, space charge distribution, ionic wind velocity and body force are obtained. The flight velocity, the lift and distance of the ionic wind based aeroplane in the experiment and in an extreme case are analyzed theoretically based on the modeling results. The results show that the performance of an ionic wind based aeroplane depends on the matching between electrical parameters (discharge geometry, voltage, etc), flight parameters (initial velocity, weight control, airfoil, wingspan, etc) and power storage (battery storage, battery weight, etc).

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