Plasma methods for propulsion

I denna rapport berörs två olika aspekter av plasmateknologi för framdrivning, plasmastyrd förbränning (eng. plasma assisted combustion, PAC) och yturladdningar, så kallad plasmaaktuator, för gränsskiktsstyrning. I plasmastyrd förbränning genereras ett icke termiskt plasma i närheten av eller i flamman i syfte att excitera atomer och molekyler och generera radikaler. Exciterade atomer, molekyler och radikaler ökar hastigheten hos de kemiska förloppen i flamman och erbjuder därigenom en metod att kontrollera eller styra förbränningshastigheten. Ett olöst problem inom teoretiska studier och modellering av plasmastyrda förbränningsförlopp är hur själva reaktionsförloppen skall beskrivas på ett så effektivt sätt som möjligt. Alltså, hur tar man på enklaste sätt hänsyn till hur reaktionskinetiken förändras av förekomsten av exciterade tillstånd och höga andelar radikaler? I denna rapport redogörs kort för en metod baserad på molekyldynamiska simuleringar (eng. molecular dynamics, MD) som skulle kunna användas som ett verktyg för att ta fram reaktionsmekanismer för plasmastyrda förbränningsförlopp. Molekyldynamiska simuleringsmetoder används vanligtvis för att modellera fasta och flytande ämnen. Slutsatsen från denna korta studie är att det kan bli svårt att få rimliga simuleringstider när MD-metoder används för att modellera relativt tunna gaser. Om detta hinder kan överbryggas genom metoder för skalning av resultat eller helt enkelt kraftfullare beräkningsverktyg skulle MD-metoden kunna bli ett användbart verktyg för framtagande av mekanismer för förbränningskinetik. Plasmaaktuatorer är yturladdningar som överför rörelseenergi från joniserade molekyler (mestadels negativt laddade syremolekyler) till omgivande luft i ett tunt lager närmast ytan, det så kallade gränsskiktet, på en vinge eller ett flygplansskrov. I jämförelse med andra, mekaniska, metoder för gränsskiktskontroll så erbjuder plasmaaktuatorn mycket snabb kontroll och kan därför användas i snabba återkopplade system. Plasmaaktuatorn fungerar med hjälp av en så kallad kapacitiv urladdning och är svår att driva på ett effektivt sätt med vanligt förekommande spänningsaggregat. För att kunna konstruera och optimera spänningsaggregat avpassade att driva plasmaaktuatorer behövs elektriska modeller för urladdningen. I denna rapport beskrivs uppbyggnaden av en sådan modell och en jämförelse av resultat mot tidigare utförda experiment redovisas.