Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Поток заряженных частиц, вызванный высоким электростатическим потенциалом.
Charged particle flow due to high electrostatic potential
Ионный ветер, ионный ветер, коронарный ветер или электрический ветер – это воздушный поток заряженных частиц, возникающий под действием электростатических сил, связанных с коронным разрядом, образующимся на концах острых проводников (таких как иглы или лопасти), находящихся под высоким напряжением относительно земли. Ионный ветер является электрогидродинамическим явлением. Генераторы ионного ветра также можно рассматривать как электрогидродинамические двигатели. Термин "ионный ветер" считается неточным из-за ошибочного представления о том, что в этом явлении основную роль играют только положительные и отрицательные ионы. Исследование, проведенное в 2018 году, показало, что электроны играют более значительную роль, чем отрицательные ионы, в период отрицательного напряжения. В результате термин "электрический ветер" был предложен как более точная терминология. В настоящее время это явление используется в самолете MIT на ионном ветре, первом самолете с цельнотвердотельной конструкцией, разработанном в 2018 году.
Ion wind, ionic wind, corona wind or electric wind is the airflow of charged particles induced by electrostatic forces linked to corona discharge arising at the tips of some sharp conductors (such as points or blades) subjected to high voltage relative to ground. Ion wind is an electrohydrodynamic phenomenon. Ion wind generators can also be considered electrohydrodynamic thrusters. The term "ionic wind" is considered a misnomer due to misconceptions that only positive and negative ions were primarily involved in the phenomenon. A 2018 study found that electrons play a larger role than negative ions during the negative voltage period. As a result, the term "electric wind" has been suggested as a more accurate terminology. This phenomenon is now used in an MIT ionic wind plane, the first solid state plane, developed in 2018.
История
Б. Уилсон в 1750 году продемонстрировал силу отдачи, связанную с тем же коронарным разрядом, а предшественником ионного двигателя являлся «коронарный разрядный вихрь». Коронарный разряд от свободно вращающегося лопастного рычага с заостренными концами создает в воздухе объемный заряд, который отталкивает острия, поскольку полярность острия и воздуха одинакова. Фрэнсис Хоксби, хранитель инструментов Королевского общества Лондона, сделал первое сообщение об электрическом ветре в 1709 году. Майрон Робинсон в 1950-х годах, во время возрождения интереса к этому явлению, составил обширную библиографию и провел обзор литературы. В 2018 году исследователи из Южной Кореи и Словении с помощью шлиеренской фотографии экспериментально установили, что электроны и ионы играют важную роль в создании ионного ветра. Это исследование впервые предоставило прямое доказательство того, что электрогидродинамическая сила, ответственная за ионный ветер, возникает из-за сопротивления заряженных частиц, когда электроны и ионы отталкивают нейтральные частицы. В 2018 году команда исследователей из MIT построила и успешно испытала первый прототип самолета, приводимого в движение ионным ветром – MIT EAD Airframe Version 2.
B. Wilson in 1750 demonstrated the recoil force associated to the same corona discharge and precursor to the ion thruster was the corona discharge pinwheel. The corona discharge from the freely rotating pinwheel arm with ends bent to sharp points gives the air a space charge, which repels the point because the polarity is the same for the point and the air. Francis Hauksbee, curator of instruments for the Royal Society of London, made the earliest report of electric wind in 1709. Myron Robinson completed an extensive bibliography and literature review during the 1950s resurgence of interest in the phenomena. In 2018, researchers from South Korea and Slovenia used Schlieren photography to experimentally determine that electrons and ions play an important role in generating ionic wind. The study was the first to provide direct evidence that the electrohydrodynamic force responsible for the ionic wind is caused by a charged particle drag that occurs as the electrons and ions push the neutral particles away. In 2018, a team of MIT researchers built and successfully flew the first ever prototype plane propelled by ionic wind, MIT EAD Airframe Version 2.
Механизм
Чистые электрические заряды на проводниках, включая локальное распределение зарядов, связанное с диполями, полностью располагаются на их внешней поверхности (см. клетку Фарадея) и, как правило, концентрируются в большей степени вокруг острых точек и краев, чем на плоских поверхностях. Это означает, что электрическое поле, создаваемое зарядами на острой проводящей точке, значительно сильнее поля, создаваемого тем же зарядом, находящимся на большой, гладкой, сферической проводящей оболочке. Когда напряженность этого электрического поля превышает градиент напряжения начала коронного разряда (CIV), происходит ионизация воздуха вокруг острия, и в темноте на проводящем конце можно увидеть небольшую слабую фиолетовую струю плазмы. Ионизация близлежащих молекул воздуха приводит к образованию n-го поколения ионизированных молекул воздуха, имеющих ту же полярность, что и заряженное острие. Впоследствии, острие отталкивает одноименное ионное облако, которое немедленно расширяется из-за отталкивания между самими ионами. Это отталкивание ионов создает электрический "ветер", исходящий из острия, обычно сопровождаемый шипящим звуком из-за изменения давления воздуха у острия. На острие действует противоположная сила, которая может вызвать его отдачу, если оно не заземлено. Ионный ветрогенератор без лопастей выполняет обратную функцию, используя окружающий ветер для перемещения ионов, которые затем собираются, производя электрическую энергию.
Net electric charges on conductors, including local charge distributions associated with dipoles, reside entirely on their external surface (see Faraday cage) and tend to concentrate more around sharp points and edges than on flat surfaces. This means that the electric field generated by charges on a sharp conductive point is much stronger than the field generated by the same charge residing on a large, smooth, spherical conductive shell. When this electric field strength exceeds what is known as the corona discharge inception voltage (CIV) gradient, it ionizes the air about the tip, and a small faint purple jet of plasma can be seen in the dark on the conductive tip. Ionization of the nearby air molecule results in the n generation of ionized air molecules having the same polarity as that of the charged tip. Subsequently, the tip repels the like charged ion cloud, which immediately expands due to the repulsion between the ions themselves. This repulsion of ions creates an electric "wind" that emanates from the tip, usually accompanied by a hissing noise due to the change in air pressure at the tip. An opposite force acts on the tip that may recoil if not tight to the ground. A vaneless ion wind generator performs the inverse function, using ambient wind to move ions, which are collected, yielding electrical energy.