电晕放电产生的离子在电场中加速并且通过碰撞将动量转移到中性分子,可驱动气体流动产生离子风,有潜力应用到轻量型飞机推进。这种新型推进技术不需要旋转移动部件,工作寿命长,易小型化且噪声小。2019年Nature期刊报道了麻省理工学院离子风飞机首次试飞的结果,但缺乏有效的模型用于推进系统优化,且飞行时间(12秒)和距离(55米)亟待提升。
陈赦携团队与航天三院三〇二所合作在国内率先展开电晕放电驱动的离子风飞机研发工作。在理论研究方面发现了电晕电离区和离子迁移区引发气体流动的区别,揭示了两个区域内部的流速和电流体力引发空气流动的微观机制。在工程实践方面建立了基于电晕放电-气体流动耦合的离子风飞机模型,成功应用于推进系统工程设计,相对于全耦合模型计算时间缩短了1-2个数量级。研制了国内首架离子风飞机,成功完成了试飞测试,实现了1分钟300米的飞行目标,整体性能显著优于MIT团队的原型机。未来将进一步研发新的高压放电模式和设计推进系统架构,突破推力(1-10N)和推力功率比(1-10N/kW)的限制,有望在无声的城市无人机、高空环境监测飞机和高度小型化侦察机中应用。
同时,陈赦积极指导学生参加全国研究生电子设计比赛和全国等离子体竞赛等各类科技竞赛并斩获佳绩,组建参赛队伍“乘风启航”以离子风推进无人机参赛,获得了研电赛决赛全国一等奖,并入围“研电之星”十强挑战赛,同时被评为研电赛全国优秀指导教师。

(a)自主开发的离子风飞机推进系统优化程序;(b)设计优化的飞机示意图;(c)推力和推力功率比影响因素灵敏度分析;(d)离子风飞机试飞实拍图。
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原标题:《青工委委员风采——陈赦副教授团队与航天三院三〇二所合作研制国内首架离子风飞机》