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Development of plasma actuator specialized for nanosecond pulse discharge based on discharge phenomenon

基于放电现象开发纳秒脉冲放电专用等离子体执行器

基本信息

批准号：
21K04037
负责人：
赤松浩
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kobe City College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

気体の放電現象を直接的に流体運動に変換できる超薄型デバイスとしてプラズマアクチュエータ(PA)があり，航空機の失速時の揚力回復機構等に期待されている．近年ではPAを駆動する電源としてナノ秒パルス高電圧電源を使用したPAの有効性が報告されている．本研究ではPAの実用化にとって重要なPA電極系の耐久性向上を目的としている．小型無人航空機に搭載可能なバッテリー駆動の小型パルス高電圧電源の開発と，放電現象工学の知見に基づいてパルス放電に特化した電極構造を提案することで，耐久性を備えたPAデバイスの開発を試みる．２０２２年度の実施内容は，（１）2021年度に試作したバッテリー式小型ナノ秒パルス電源を使用した場合のPA電極機構の最適化および（２）回路素子数を減らし，より簡略化した小型パルス高電圧電源の開発である．（１）において，限られたバッテリーのエネルギーを有効にPAに付与するため，誘電体厚さおよびパルス電圧の極性がPAへの投入エネルギーに与える影響を調べた．誘電体厚みについて８０umおよび１６０umの場合で評価した結果，８０umの方が投入エネルギー密度が大きいことが分かった．またパルス電圧の極性は，正極性の方が投入エネルギー密度が大きいことが分かった．（２）において，パルス幅がマイクロ秒のパルス高電圧電源に着目した．近年，マイクロ秒パルス高電圧でのPAにおいてもナノ秒パルス電源と同様に，放電の衝撃波が気流制御を担うことが報告されている．ナノ秒パルス電源に比べ，マイクロ秒パルス電源は素子数を低減できる長所がある．試作電源では，次世代半導体スイッチの高速遮断作用を用いた誘導性パルス発生回路を試作した．本電源において，入力電圧２４ Vに対して波高値３．５ kV，パルス幅１u秒，繰り返し周波数２００ Hzのパルス高電圧の発生を確認した．また，本電源においてPAの点灯を確認した．

The phenomenon of fluid flow in the air is directly related to fluid motion. In recent years, PA power supply has been reported to be effective in the use of high voltage power supplies. The durability of PA electrode system is important for PA application. Development of small high voltage power supply for small unmanned aerial vehicles with high power capability; knowledge of discharge phenomenon engineering; proposal of electrode structure; durability; preparation of PA power supply development; implementation of project in 2022;(1) Optimization of PA electrode mechanism in 2021 trial operation (2) Reduction of number of loop elements, simplification of development of compact high voltage power supply. (1) In the middle of the limit, there is a difference between the input and output of PA, the thickness of inductor and the polarity of voltage. In the case of 80 um and 160 um, the thickness of the inductor is 80 um and the input density is 80 um. The polarity of the voltage is opposite, and the polarity is opposite. (2) High voltage power supply is the main source of power supply. In recent years, the PA of high voltage is in the process of shock wave control. The number of elements in the power supply is reduced. Test for power supply, next generation semiconductor high speed interruption function, use of inductive circuit generation circuit test. This power supply is in the middle, the input voltage is 24 V, the wave height is 3.5 kV, the amplitude is 1 u second, the frequency is 200 Hz, and the high voltage is confirmed. This power supply is confirmed by PA lighting.