Empirical Study of Ground Proximity Effects for Small-scale Electroaerodynamic Thrusters

要約

静電的に加速されたイオンと中性空気との衝突によって推力が生成される電気空気力学 (EAD) 推進は、その静かでソリッドステートな性質により、屋内飛行に変革をもたらす可能性のある方法です。
ローターと同様に、EAD スラスターは表面への接近に基づいて性能の変化を示します。
ローターとは異なり、それらの表面を避ける必要がある壊れやすく高速で回転する部品がありません。
近接効果による効率の利点を活用することは、イオン推進飛行体の屋内での長時間運用に向けた手段となる可能性があります。
この研究は、EAD 推進器の個別およびクワッド スラスタ アレイとしての地上近接効果の最初の実証研究を示しています。
人間に近い環境や屋内環境での展開を想定した小型ロボットでの使用に適した、多段ダクト付きセンチメートルスケールのアクチュエータに焦点を当てています。
3 つの特定の効果 (地面、サックダウン、および噴水の揚力) は、それぞれ地面から異なる間隔で異なる大きさで発生し、調査され、スラスタ間の間隔、スラスタからのスラスタの突出などの幾何学的パラメータに強い依存性があることが示されています。
胴体、およびフランジまたはストレーキの有無。
接地面に近接 (0.2 mm) して動作させた特定の構成では、300 ～ 600% のピーク推力の向上が見られ、数センチメートル離れて動作させた場合でも 20% もの増加が測定されます。

要約(オリジナル)

Electroaerodynamic (EAD) propulsion, where thrust is produced by collisions between electrostatically-accelerated ions and neutral air, is a potentially transformative method for indoor flight owing to its silent and solid-state nature. Like rotors, EAD thrusters exhibit changes in performance based on proximity to surfaces. Unlike rotors, they have no fragile and quickly spinning parts that have to avoid those surfaces; taking advantage of the efficiency benefits from proximity effects may be a route towards longer-duration indoor operation of ion-propelled fliers. This work presents the first empirical study of ground proximity effects for EAD propulsors, both individually and as quad-thruster arrays. It focuses on multi-stage ducted centimeter-scale actuators suitable for use on small robots envisioned for deployment in human-proximal and indoor environments. Three specific effects (ground, suckdown, and fountain lift), each occurring with a different magnitude at a different spacing from the ground plane, are investigated and shown to have strong dependencies on geometric parameters including thruster-to-thruster spacing, thruster protrusion from the fuselage, and inclusion of flanges or strakes. Peak thrust enhancement ranging from 300 to 600% is found for certain configurations operated in close proximity (0.2 mm) to the ground plane and as much as a 20% increase is measured even when operated centimeters away.

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