Wind tunnel testing of an atmospheric ion thruster

In recent decades, electrohydrodynamic (EHD) propulsion has attracted the attention of researchers in the aeronautical sector due to its high reliability, lack of fossil fuels utilization, hence no greenhouse gas emissions, absence of moving parts, and low maintenance requirements. This thesis aims to investigate how the performance of the thruster changes when subjected to an external convective flow. To conduct the tests, it was necessary to redesign the thruster structure to allow its positioning in a wind tunnel. The module has a fixed configuration, with geometric parameters chosen based on optimization results achieved in previous works. The parameters varied during the experimental campaign are the corona voltage applied to the thruster and the convective velocity. The results obtained allow to outline the dependencies of performance parameters on the convective flow. Furthermore, an investigation was conducted on the ignition voltage to understand whether this lower limit of the operating regime shows a dependence on the wind speed impacting the thruster. The results obtained provide a starting point for the development and validation of numerical models, not yet realized to date, that take into account the convective term

Negli ultimi decenni, la propulsione elettroidrodinamica (EHD) ha attirato l’attenzione dei ricercatori del settore aeronautico in quanto possiede elevata affidabilità, non utilizza carburanti fossili, per cui non vengono emessi gas serra, non presenta parti mobili e richiede bassa manutenzione. In questo lavoro tesi si vuole indagare come cambiano le prestazioni del propulsore quando è presente un flusso convettivo esterno. Per eseguire le prove è stato necessario riprogettare la struttura del propulsore per consentirne il posizionamento in galleria del vento. Il modulo presenta una configurazione fissa i cui parametri geometrici sono stati scelti in base ai risultati di ottimizzazione ottenuti nei lavori precedenti. I parametri che sono stati variati durante la campagna sperimentale sono la tensione corona applicata al propulsore e la velocità convettiva. I risultati ottenuti consentono di delineare le dipendenze dei parametri prestazionali dal flusso convettivo. Inoltre, è stata condotta un'indagine sulla tensione di accensione per comprendere se questo limite inferiore del regime operativo mostri una dipendenza dalla velocità del vento che investe il propulsore. I risultati ottenuti forniscono un punto di partenza per lo sviluppo e la validazione di modelli numerici, ad oggi non ancora realizzati, che tengano conto del termine convettivo.