Effects of emitters arrangement on the performance of an EHD thruster

Electrohydrodynamic (EHD) propulsion represents a valid alternative for what concerns thrust generation techniques in the world of aerospace. Known for more than a century, this propulsive mechanism is mainly used for space applications. However, in the latest decades, the capability of this technology to generate thrust without carbon emissions, the high reliability and the low noise production drew worldwide attention for in-atmosphere flying applications. Important results have been achieved during the last few years leading to the first sustained flight of an aircraft equipped with EHD thrusters. This field of research is relatively new and as such there is vast room for improvements for the next years. Starting from the current state of the art, the main objective of this thesis is to increase the performance of the thrusters built in previous works. A parametric study about the number and the spacing of the ionic emitters is performed with the objective of increasing the thrust generated. Along with this study, some theoretical aspects are presented such as the introduction of an enhanced 3D physical model that predicts thrust using output velocity profiles and an electrical analysis to better understand the physics of corona thrusters. The results obtained after the experimental campaign show an improvement from the current state of the art and suggest future development concerning both the aerodynamic and electrical aspects of the thruster.

La propulsione elettroidrodinamica (EHD) rappresenta un’alternativa per quanto riguarda le tecniche di generazione di spinta all’interno del mondo aerospaziale. Questa tecnologia, nota ormai da più di un secolo, è stata principalmente utilizzata per applicazioni spaziali. Tuttavia, negli ultimi decenni, ha attirato l'attenzione dei ricercatori in quanto possiede elevata affidabilità, la produzione di spinta avviene senza emissione di combustibili fossili e con bassa produzione di rumore. Ciò ha portato a pensare di sfruttare questa forma proulsiva per voli atmosferici. I progressi in questo campo negli ultimi anni hanno portato al primo volo sostenuto di un velivolo equipaggiato con un propulsore EHD. Tuttavia, essendo questa una tecnologia ancora poco nota, possiede ampi margini di miglioramento. Lo scopo di questa tesi è quello di migliorare le prestazioni del propulsore EHD costruito nei lavori precedenti avendo noto lo stato dell'arte corrente. Nella tesi è presentato uno studio parametrico riguardo il numero e la spaziatura degli emettitori di ioni costituiti da filo di costantana; l'obiettivo è quello di aumentare la spinta generata, assieme ad altri indici di prestazione. I collettori sono profili NACA simmetrici in quanto soluzione ottima dei precedenti lavori. Oltre alla campagna sperimentale, vengono discussi alcuni aspetti teorici come un nuovo modello, derivato dal precedente, per stimare la spinta complessiva del motore a partire da misure di velocità. I risultati ottenuti mostrano un miglioramento dello stato dell'arte e suggeriscono sviluppi futuri per comprendere meglio e migliorare questa tecnologia.