Ushbu tadqiqot kichik UAV propellerining old qirrasiga joylashtirilgan o‘zgaruvchan tokli Dielectric Barrier Discharge (AC-DBD) plazma aktuatorlari hover sharoitida aerodinamik ishlashni o‘zgartiradimi-yo‘qmi, fizik tajribalar orqali o‘rganadi. Tadqiqotchilar radiusi 114 mm, doimiy xordi 22 mm bo‘lgan, ikki parrakli NACA 4412 propellerlarini turli doimiy pitch burchaklarida 3B usulda ishlab chiqargan; 4000 RPM gacha aylanish tezligi, thrust va motorning elektr energiyasi sarfini o‘lchagan hamda yuqori kuchlanishni aylanuvchi parraklarga yuqori tezlikli slip-ring tizimi orqali uzatgan. 18° pitchli propellerda deyarli bir xil aylanish tezligi va thrust sharoitiga qaytilganda, 4000 RPM da power coefficient %7,66 ga kamaygan, Figure of Merit (FoM) esa %9,42 ga oshgan. Kengroq pitch skanida manba 22° uchun %10,1 FoM oshishini xabar qiladi. Bunga qarshi 6° va 12° pitchlarda o‘lchab bo‘ladigan foyda kuzatilmagan, eng katta 30° pitchda ham plazma aktuatsiyasi ishlashni yaxshilamagan. Eng muhim talqin chegarasi shundaki, oqim ajralishi va qayta yopishishi PIV kabi bevosita oqimni tasvirlash usuli bilan o‘lchanmagan; mekanizm ishlash o‘lchovlari asosida bilvosita talqin qilingan.

Natijalarning eng e’tiborga molik tomoni shuki, plazma aktuatsiyasi bir xil sharoitda katta thrust oshishini hosil qilishdan ko‘ra, propellerning ayni thrustni motorning kamroq elektr quvvat sarfi bilan ishlab chiqarishi bilan bog‘liq. 18° pitchli propellerning 4000 RPM sinovida aktuatsiyadan keyingi aylanish tezligi farqi %0,35, thrust coefficient farqi %0,69, power coefficient o‘zgarishi esa −%7,66. Ayni tajribada FoM %9,42 ga oshgan. Manbaning talqiniga ko‘ra, plazma tomonidan boundary layer ga uzatilgan momentum ajralgan oqim bilan bog‘liq profil yo‘qotishlarini kamaytirgan bo‘lishi mumkin.

Plazma nazorati barcha ish sharoitlarida foyda bermagan. 6° va 12° kabi past pitchlarda propeller ishlashida o‘lchab bo‘ladigan o‘zgarish topilmagan; tadqiqotchilar buni asosiy oqim katta darajada yopishgan holda qolishi va shu sabab ajralishni nazorat qilish uchun juda kam imkon bo‘lishi bilan bog‘lagan. 15° da FoM oshishi %4,2 bo‘lib paydo bo‘lgan, yuqoriroq oraliq pitchlarda foyda kattalashib 22° da %10,1 ga yetgan. Bunga qarshi 30° da yana o‘lchab bo‘ladigan foyda ko‘rilmagan. Tadqiqotchilar bu natijani plazma eng foydali bo‘ladigan soha “ajralish yo‘q” va “juda kuchli ajralish” orasidagi o‘rtacha ajralgan-oqim rejimi bo‘lishi mumkin, deb talqin qiladilar.

Turkiya nuqtayi nazaridan: Topilmalar Turkiyada ishlab chiqiladigan kichik elektr UAV propellerlari uchun harakatlanuvchi mexanik flap yoki havo puflash tizimini talab qilmaydigan aktiv oqim nazoratini o‘rganish mumkinligini ko‘rsatuvchi eksperimental usul namunasi beradi. Biroq tadqiqotdagi %7,66 power coefficient kamayishi yoki %9–10 darajasidagi FoM oshishlari Turkiyadagi har qanday UAV propelleriga to‘g‘ridan-to‘g‘ri ko‘chirilmasligi kerak. Natijalar twist qilinmagan NACA 4412 parragi, 228 mm diametr, ma’lum elektrod geometriyasi, hover sharoiti, taxminan 10⁴ tartibidagi Reynolds sonlari va 4000 RPM gacha sinovdan o‘tkazilgan laboratoriya qurilmasi bilan cheklangan. Haqiqiy qo‘llash uchun maxsus propeller geometriyasi, oldinga uchish, plazma tizimining net elektr sarfi, elektromagnit integratsiya va uzoq muddatli chidamlilik alohida sinovdan o‘tkazilishi kerak.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqotning asosiy savoli doimiy qanotlarda va past tezlikdagi katta rotor tajribalarida ishlatilgan DBD plazma asosidagi ajralishni nazorat qilish, ancha kichik va 4000 RPM gacha aylanadigan UAV propellerida ham o‘lchab bo‘ladigan aerodinamik foyda yaratadimi-yo‘qmi, degan masaladir.

Mualliflarning ma’lumotiga ko‘ra, avvalgi rotor tadqiqotlari asosan kattaroq rotorlar va pastroq aylanish tezliklarini o‘rgangan. Shu sababli tadqiqotchilar kichik o‘lchamdagi UAV propellerlarida leading-edge AC-DBD plazma aktuatsiyasini turli pitch, RPM va kuchlanish sharoitlarida tizimli sinashni ishning asosiy yangiligi sifatida taqdim etadilar.

DBD plazma aktuatori havoga qanday ta’sir qiladi?

Oddiy Dielectric Barrier Discharge aktuatorida ikki elektrod dielektrik qatlam bilan bir-biridan ajratiladi. Elektrodlardan biri havo bilan tegishib turgan holda, ikkinchisi dielektrik ichida yoki ostida yopiq bo‘ladi. Elektrodlar orasiga yuqori o‘zgaruvchan kuchlanish berilganda ochiq elektrod atrofidagi havo ionlashadi va sirt bo‘ylab plazma hududi hosil bo‘ladi.

Elektr maydonidagi zaryadlangan zarrachalarning neytral havo molekulalari bilan momentum almashinuvi sirt bo‘ylab plazma hosil qilgan devor jetini yuzaga keltirishi mumkin. Tadqiqotning 1-rasmidagi sxema ochiq elektrod, dielektrik qatlam, yopiq elektrod va sirt bo‘ylab hosil bo‘lgan induksiyalangan havo oqimini birga ko‘rsatadi.

Aerodinamik nuqtayi nazardan maqsad boundary layer ning past momentumli qismiga energiya uzatib, oqimning adverse pressure gradient ga qarshiligini oshirish va ajralishni kechiktirishdir. Biroq joriy tadqiqot parrakka PIV qo‘llamagani sababli plazma boundary layer ni qaysi radial joylarda va qancha miqdorda qayta yopishtirgani bevosita o‘lchanmagan.

Tajribada qanday propeller ishlatildi?

Tajriba modeli ataylab sodda tanlangan. Propeller:

• ikki parrakli,
• twistsiz,
• 114 mm radiusga ega,
• 22 mm doimiy xordga ega,
• NACA 4412 profilidan foydalanadi,
• parrak bo‘ylab doimiy geometrik pitchga ega.

Turli tajribalar uchun 6°, 12°, 15°, 18°, 22° va 30° kabi turli doimiy pitch burchaklariga ega alohida propellerlar ishlab chiqarilgan. Parraklar yuqori qattiqlikdagi, shisha bilan to‘ldirilgan SLA turidagi Rigid 10K Resin bilan 3B chop etilgan.

Bu soddalashtirilgan geometriya tijoriy UAV propellerining barcha geometrik detallarini ifodalash uchun emas, plazma elektrodlarini kichik aylanuvchi parraklarga qo‘llash va pitch ta’sirini nazorat ostida o‘rganishni osonlashtirish uchun tanlangan.

Tajriba qurilmasi qanday tuzilgan?

Tadqiqotning 3-rasmida yuqori kuchlanishni aylanuvchi propellerga uzatishga imkon beradigan maxsus tajriba tizimi ko‘rsatilgan. Propeller brushless elektr motor bilan aylantirilgan; motor 16 V DC quvvat manbaidan foydalangan. Kerakli RPM elektron tezlik nazorat tizimi orqali qo‘lda sozlangan va raqamli taxometr bilan o‘lchangan.

Propeller hosil qilgan aerodinamik kuch ATI mini45 IP65 kuch/moment sensori bilan o‘lchangan. Standart og‘irliklar bilan kalibrlashda 50 N gacha bo‘lgan kuchlar uchun load cell ning o‘lchov noaniqligi ±%2 deb belgilangan.

Motor toki Hall-effect tok o‘zgartirgichi bilan o‘lchangan va tegishli tizimning ko‘rsatilgan aniqligi ±%1. Aerodinamik kuch va motor quvvat sarfi ma’lumotlari 5000 Hz sampling tezligida qayd etilgan.

Tadqiqotchilar har bir ish sharoitini bir necha marta takrorlagan va takroriy thrust/power o‘lchovlaridagi umumiy o‘zgaruvchanlikni taxminan ±%2,5 deb bildirgan. Biroq har bir sharoit uchun nechta mustaqil takror bajarilgani manbada son jihatdan ko‘rsatilmagan.

Yuqori kuchlanish aylanuvchi parraklarga qanday uzatildi?

Aylanuvchi propellerga plazma hosil qiladigan yuqori kuchlanishni uzatish tajribaning muhim muhandislik qismlaridan biridir. Ikkita yuqori kuchlanishli va yuqori tezlikli slip ring ishlatilgan. Bitta slip ring yuqori kuchlanish liniyasini, ikkinchisi yer liniyasini tashiydi.

Ishlatilgan slip ringlar 7500 RPM gacha ishlash uchun baholangan; tajribalardagi eng yuqori propeller tezligi esa 4000 RPM. Maxsus 3B chop etilgan shaft adapterlari motor, propeller, simlar va slip ringlarni bir xil aylanuvchi tizimga mexanik birlashtirish imkonini bergan.

Plazma elektrodlari parrakka qanday joylashtirildi?

DBD aktuatori parrakning leading edge qismiga qo‘llangan. Taxminan 70 µm qalinlikdagi mis qatlamlar elektrod sifatida ishlatilgan.

Ground electrode yalang‘och parrak sirtiga joylashtirilgan va leading edge dan suction hamda pressure sirtlariga tomon o‘ralgan. Uning ustiga har biri 130 µm qalinlikdagi to‘rtta Kapton izolyatsiya qatlami qo‘llangan. Kapton qatlamlari yuqori kuchlanishli ochiq elektrod bilan ground electrode orasida dielectric barrier vazifasini bajargan.

Exposed electrode plazma bevosita leading edge atrofida hosil bo‘lishini ta’minlaydigan tarzda joylashtirilgan va taxminan:

r/R = %15 – %90

radial oralig‘ini qamrab olgan.

Elektrodni %90 radiusdan nariga uzaytirish dastlabki dizayn sinovlarida qisqa tutashuv ehtimolini oshirgani sabab tip hududi qamrovdan tashqarida qoldirilgan.

Plazmaning elektr ish sharoitlari qanday edi?

Asosiy ishlash tajribalarida aktuatorlar taxminan:

• qo‘llangan AC kuchlanish: \(V_{ac}=6\) kV,
• aktuator elektr quvvati: \(P_{ac}\approx4\) W,
• aktuatsiya chastotasi: \(f_{ac}\approx5.5\) kHz

sharoitida ishlatilgan.

Plazma aktuatorining elektr quvvati o‘lchangan kuchlanish va tokning vaqt bo‘yicha ko‘paytmasini bir period bo‘yicha o‘rtachalash orqali hisoblangan:

\[ P_{ac} = \frac{1}{T} \int_{0}^{T} V_{ac}(t)I_{ac}(t)\,dt \]

Bu yerda \(P_{ac}\) aktuatorning o‘rtacha elektr quvvat sarfini, \(V_{ac}(t)\) oniy kuchlanishni, \(I_{ac}(t)\) oniy tokni va \(T\) baholash periodini bildiradi.

Tajriba protsedurasi plazma ta’sirini qanday ajratdi?

Har bir tajribada propeller avval belgilangan RPM da plazma o‘chirilgan holatda taxminan 30 soniya barqaror ishlatilgan. Keyin DBD plazma aktuatorlari faollashtirilgan.

Nazorat tizimi RPM ni avtomatik barqaror ushlab turmagani sabab aerodinamik drag kamayganda motor ayni boshqaruv sharoitida tezroq aylanishi mumkin. Tadqiqotchilar plazma faollashtirilgandan keyingi RPM oshishini oqim nazoratining mumkin bo‘lgan belgilaridan biri sifatida ishlatganlar.

Yangi holat taxminan 30 soniya barqarorlashgach, plazma ochiq qoldirilgan, ammo propeller RPM i qo‘lda boshlang‘ich plazma-o‘chiq qiymatiga qayta pasaytirilgan. Shu tariqa thrust va motor quvvat sarfi deyarli bir xil aylanish tezligida taqqoslangan.

Bu protsedura muhim farq yaratadi: plazma birinchi yoqilganda ko‘rilgan yuqori RPM va thrust ham o‘zgargan aerodinamik yo‘qotishlarni, ham ortgan aylanish tezligini birgalikda o‘z ichiga oladi. Asosiy taqqoslash RPM yana boshlang‘ich darajaga qaytarilgandan keyin amalga oshirilgan.

Nega 6° va 12° pitchda foyda ko‘rilmadi?

6° va 12° doimiy pitchli propellerlarda plazma yoqilgandan so‘ng o‘lchab bo‘ladigan RPM yoki samaradorlik o‘zgarishi kuzatilmagan.

Mualliflar buni bu past yuklanish sharoitlarida boundary layer asosan yopishgan holatda qolishi va shu sabab plazma aktuatori nazorat qila oladigan katta ajralgan hudud bo‘lmasligi bilan izohlaydilar.

Biroq tadqiqot bu ikki sharoitda sirt oqimini bevosita o‘lchamagani sabab “oqim albatta to‘liq yopishgan edi” degan xulosani eksperimental tasvirlash dalili sifatida berish to‘g‘ri emas. Manba qo‘llab-quvvatlaydigan ifoda ishlash o‘lchovlari katta miqyosli ajralish mavjud bo‘lmagan yoki plazma bilan o‘lchab bo‘ladigan darajada o‘zgartiriladigan darajagacha rivojlanmagan degan talqinga mos ekanidir.

18° pitchli propellerda nima o‘zgardi?

18° pitchda plazma yoqilganda 2000, 2500, 3000 va 4000 RPM sinovlarining barchasida aylanish tezligi oshgan. RPM oshishi bilan thrust ham vaqtincha ko‘paygan, motorning elektr sarfi esa kamaygan.

Keyin plazma ochiq holda RPM boshlang‘ich qiymatiga qaytarilganda thrust taxminan boshlang‘ich darajaga qaytgan, biroq motor quvvat sarfi pastroq bo‘lib qolgan.

Bu xatti-harakat tadqiqotning asosiy eksperimental topilmasidir: plazmaning eng aniq ta’siri bir xil thrust darajasida kamroq elektr quvvat talab qilinishi bilan bog‘liq bo‘lgan.

Thrust va power coefficientlar qanday hisoblandi?

Propellerni turli RPM qiymatlarida taqqoslash mumkin bo‘lishi uchun o‘lchangan thrust va elektr quvvati o‘lchamsiz coefficientlarga aylantirilgan.

Thrust coefficient:

\[ C_T= \frac{T} {\rho n^2D^4} \]

Bu yerda \(T\) thrust kuchi, \(\rho\) havo zichligi, \(n\) soniyadagi aylanishlar soni va \(D\) propeller diametri.

Power coefficient:

\[ C_P= \frac{P} {\rho n^3D^5} \]

ko‘rinishida hisoblangan.

Tajribalar boshqariladigan laboratoriya muhitida taxminan 22 °C va 101,3 kPa sharoitida bajarilgan; hisoblarda havo zichligi:

\[ \rho=1.20\;kg/m^3 \]

deb olingan.

Figure of Merit nimani ifodalaydi?

Hovering rotor samaradorlik ko‘rsatkichi bo‘lgan Figure of Merit:

\[ FoM= \frac{C_T^{3/2}} {\sqrt{2}\,C_P} \]

munosabati bilan hisoblangan.

FoM oshganda bir xil aerodinamik yuklanishda pastroq power coefficient mavjud bo‘ladi. Bu tajribada thrust coefficient katta darajada bir xil qolgan bo‘lsa-da, power coefficient pasayishi FoM oshishiga olib kelgan.

Manba FoM ni “system-level FoM” deb ataydi, chunki mexanik shaft quvvati o‘rniga motorning elektr kirish quvvati o‘lchangan. Biroq DBD plazma tizimining taxminan 4 W alohida sarfi FoM tenglamasidagi \(P\) ga aniq kiritilgani ko‘rsatilmagan. Shu sababli FoM qiymatlari samolyotning umumiy energiya budjeti bilan aynan bir narsa emas.

18° propellerning aniq natijalari qanday?

RPM o‘zgarishlari ushbu taqqoslashlarning barchasida %1 dan past qolgan. Power coefficient kamayishi RPM oshgani sari umuman kattalashgan; FoM oshishi 2000 RPM dagi %4,72 dan 4000 RPM dagi %9,42 gacha oshgan.

Manba matni maksimal \(C_T\) o‘zgarishi %0,7 dan kichikligini aytsa-da, jadvaldagi 2500 RPM qiymati +%0,91. Shu sababli Verianla thrust coefficient “har qanday sharoitda %0,7 dan kam o‘zgargan” degan iborani takrorlamaydi. Xavfsizroq xulosa shuki, \(C_T\) o‘zgarishi jadvaldagi to‘rt tajribada −%0,46 bilan +%0,91 oralig‘ida qolgan.

Natija o‘lchov noaniqligidan yuqorimi?

Takrorlangan thrust va power o‘lchovlaridagi umumiy eksperimental o‘zgaruvchanlik taxminan ±%2,5 deb bildirilgan. 4000 RPM dagi −%7,66 power coefficient o‘zgarishi bu darajadan ancha katta. Shu sababli tadqiqotchilar power sarfidagi pasayish faqat testlar orasidagi tarqalish bilan tushuntirib bo‘lmaydigan, takrorlanadigan ta’sir ekanini ta’kidlaydilar.

FoM dagi %9,42 oshish ham ayni ±%2,5 takrorlanuvchanlik o‘lchovidan kattaroq.

Biroq maqolada bu taqqoslashlar uchun p-value, confidence interval yoki alohida parametrik/non-parametrik hypothesis test berilmagan. ±%2,5 qiymati takroriy tajribalarda kuzatilgan umumiy variatsiyani ifodalaydi.

Pitch burchagi plazma ta’sirini qanday o‘zgartiradi?

4000 RPM da turli pitch burchaklari bilan bajarilgan ikkinchi tajriba seriyasi plazma ta’siri bir xil emasligini ko‘rsatadi.

• 6°: o‘lchab bo‘ladigan FoM oshishi yo‘q.
• 12°: o‘lchab bo‘ladigan FoM oshishi yo‘q.
• 15°: FoM oshishi %4,2.
• 18°: aniq FoM oshishi; 18° uchun alohida Table 1 tajribasida 4000 RPM natijasi %9,42.
• 22°: manba matnida FoM oshishi %10,1.
• 30°: o‘lchab bo‘ladigan foyda yo‘q.

Bu taqsimot oddiy “pitch oshgani sari plazma doim yaxshiroq ishlaydi” munosabatini ko‘rsatmaydi. Foyda past pitchda ko‘rinmaydi, o‘rta-yuqori pitchda oshadi va eng katta 30° pitchda yana yo‘qoladi.

Nega eng katta foyda o‘rtacha ajralish rejimida ko‘rilgan bo‘lishi mumkin?

Tadqiqotchilarning fizik talqiniga ko‘ra DBD aktuatorining ma’lum bir nazorat vakolati oynasi mavjud.

Oqim allaqachon yopishgan bo‘lsa, aktuator tuzatishi mumkin bo‘lgan muhim ajralish yo‘qotishi yo‘q. Ajralgan hudud o‘rtacha darajada bo‘lsa, plazma wall jet boundary layer ga yetarli momentum berib ajralishni kechiktirishi yoki hududning bir qismini qayta yopishtirishi mumkin. Ajralish juda kuchli bo‘lsa esa aktuator bergan momentum butun ajralgan hududni boshqarishga yetmasligi mumkin.

Bu tushuntirish tadqiqot natijalariga mos; ammo bevosita PIV bo‘lmagani sabab 6°, 22° yoki 30° parraklarda ajralishning haqiqiy hajmi eksperimental oqim xaritasi sifatida o‘lchanmagan.

Annotatsiya va to‘liq natijalar orasidagi maksimal FoM farqi nega muhim?

Maqolaning annotatsiyasi maksimal FoM oshishini %9,42 deb beradi. Bu raqam 18° pitchli propellerning 4000 RPM Table 1 tajribasi uchun to‘g‘ri.

Biroq keyingi pitch burchagi skanida matn 22° propeller uchun %10,1 FoM oshishini xabar qiladi. Shunday qilib, tadqiqotning to‘liq natijalari hisobga olinsa, manbada bildirilgan eng katta FoM oshishi %10,1; lekin annotatsiya buni aks ettirmaydi.

Verianla bu ikki qiymatni bir-birining o‘rniga qo‘ymaydi: %9,42 batafsil 18° RPM seriyasining eng yuqori qiymati; %10,1 esa turli pitchlar 4000 RPM da taqqoslangan tajriba seriyasida bildirilgan 22° natijasi.

Aktuatsiya kuchlanishini oshirish natijani yaxshiladimi?

Yo‘q; sinov qilingan diapazonda o‘lchab bo‘ladigan qo‘shimcha FoM foydasi kuzatilmagan.

Plazma taxminan 4 kV atrofida ko‘rina boshlagan, 6 kV da binafsha plazma yorug‘ligi aniqroq bo‘lgani uchun asosiy tajribalarda 6 kV tanlangan.

18° propellerda 4, 6, 8 va 10 kV kuchlanishlar; 1500, 2000, 2500, 3000 va 4000 RPM sharoitlarida taqqoslanganda Figure 8 da FoM qiymatlari bir-biriga juda yaqin qolgan.

Mualliflar buni saturation xatti-harakatiga mos deb hisoblaydilar: plazma discharge boundary layer ga yetarli momentum bera boshlagandan keyin kuchlanishni yana oshirish bir xil nisbatda aerodinamik foyda hosil qilmaydi.

Bu natija faqat sinov qilingan elektrod geometriyasi va kuchlanish diapazoni uchun amal qiladi. Boshqa aktuator tuzilishi yoki pulsed control usuli ham ayni saturation xatti-harakatini ko‘rsatishi bu tajriba bilan isbotlanmagan.

Aktuatsiya chastotasi optimallashtirildimi?

Yo‘q. Apparatura va aktuator geometriyasi sabab plazma chastotasi taxminan:

\[ 4\leq f_{ac}\leq7\;kHz \]

oralig‘ida qolgan.

4000 RPM da propellerning mexanik aylanish chastotasi:

\[ f_r=\frac{\Omega}{60}=66.67\;Hz \]

bo‘lgani sabab plazma chastotasi rotor chastotasidan ancha yuqori.

Shu sababli tadqiqot rotor yoki ajralgan shear-layer dinamikasi bilan phase-locked past chastotali aktuatsiyani tizimli o‘rganmagan. Mualliflar pastroq va sozlanadigan aktuatsiya chastotalarini kelajak tadqiqot yo‘nalishi sifatida qoldiradilar.

Plazmaning oqimga ta’siri quasi-steady mi yoki vaqtga bog‘liqmi?

Tadqiqot bu ikki mekanizmni eksperimental ravishda bir-biridan ajrata olmaydi.

Birinchi mumkin bo‘lgan mekanizm plazma hosil qilgan wall jet boundary layer ga quasi-steady momentum qo‘shib, adverse pressure gradient ga chidamlilikni oshirishidir.

Ikkinchi ehtimol esa davriy plazma forcing ajralgan shear layer ichida coherent vortical structures hosil qilib, tashqi oqim bilan devor yaqinidagi past momentumli oqim o‘rtasidagi aralashuvni kuchaytirishidir.

Joriy tajriba faqat global RPM, thrust va elektr quvvat o‘lchovlarini o‘z ichiga olgani sabab ikki mekanizmning nisbiy hissasi aniqlanmagan. Mualliflar bu farqni aniqlash uchun phase-locked PIV kabi batafsil oqim maydoni o‘lchovlari kerakligini ochiq aytadilar.

Rotor bo‘ylab ajralish nega bir xil bo‘lmasligi mumkin?

Aylanuvchi propellerda parrak kesimining nisbiy tezligi va Reynolds soni radius bo‘ylab o‘zgaradi. Manbaning 2-rasmidagi Reynolds taqsimoti ham bu radial o‘zgarishni ko‘rsatadi.

Shu sababli parrakning ichki va tashqi hududlarida boundary layer xatti-harakatining bir xil bo‘lishi kutilmaydi. Ayniqsa past Reynolds sonli ichki hududlar ajralishga ko‘proq moyil bo‘lishi mumkin.

Biroq joriy tajriba parrakning necha foiz qismi ajralganini yoki plazmadan keyin qaysi radial hududlar qayta yopishganini o‘lchamagan.

Plazma aktuatorining taxminan 4 W sarfi nega muhim?

Plazma tizimi aerodinamik jihatdan “bepul” emas. Asosiy sinov sharoitida aktuatorning elektr sarfi taxminan 4 W deb hisoblangan.

Tadqiqotdagi motor power coefficient va FoM hisobi motorning elektr sarfi asosida amalga oshiriladi; plazma aktuatorining 4 W sarfi alohida \(P_{ac}\) hisobida beriladi. Manba jami motor + plazma elektr budjeti uchun alohida net FoM yoki uchish davomiyligi hisobini taqdim etmaydi.

Shu sababli tadqiqot “plazma yoqilganda motor kamroq elektr tortgan” degan natijani qo‘llab-quvvatlaydi; ammo barcha power electronics va plazma manbai birga hisobga olinganda haqiqiy havo vositasi batareyadan net necha foiz kam energiya olishi bu tajribadan bevosita chiqarib bo‘lmaydi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• AC-DBD plazma aktuatorlari fizik ravishda 4000 RPM gacha aylanuvchi kichik UAV propelleriga qo‘llangan.
• 18° pitchli propellerda plazma yoqilganda RPM oshgan va motorning elektr sarfi kamaygan.
• RPM boshlang‘ich darajaga qaytarilganda 18° propellerda power coefficient 4000 RPM da %7,66 ga kamaygan.
• Ayni 18°/4000 RPM tajribasida FoM %9,42 ga oshgan.
• Manbaning kengroq pitch skanida 22° uchun %10,1 FoM oshishi bildirilgan.
• 6° va 12° past pitchlarda o‘lchab bo‘ladigan samaradorlik foydasi topilmagan.
• 30° eng yuqori sinov pitchida ham o‘lchab bo‘ladigan foyda ko‘rilmagan.
• 4–10 kV oralig‘ida aktuatsiya kuchlanishini oshirish sinov qilingan sharoitlarda FoM ni aniq oshirmagan.
• Power coefficientdagi maksimal %7,66 kamayish tajribalar orasidagi taxminan ±%2,5 variatsiyadan kattaroq.
• Natijalar DBD nazorati o‘rtacha darajada ajralgan oqim sharoitlarida samaraliroq bo‘lishi mumkin degan talqinga mos.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamagan yoki sinamagan natijalar

• Plazma parrakdagi ajralish hududini aniq qayerda va qancha kichraytirgani bevosita o‘lchanmagan.
• PIV, phase-locked PIV yoki batafsil sirt oqimini vizualizatsiya qilish bajarilmagan.
• 30° propellerdagi oqimning aniq stall tuzilishi va ajralish boshlanishi bevosita aniqlanmagan.
• Natijalar forward-flight sharoitida validatsiya qilinmagan.
• Haqiqiy multirotor UAV da uchish testi bajarilmagan.
• Turli airfoil, twist, chord taqsimoti yoki tijoriy propeller geometriyalari tizimli o‘rganilmagan.
• Aktuatorning uzoq muddatli eroziya, ekologik chidamlilik yoki doimiy uchish ishonchliligi baholanmagan.
• Plazma quvvat manbaining taxminan 4 W sarfi qo‘shilgan holda haqiqiy batareya darajasidagi net energiya foydasi alohida hisoblanmagan.
• Tadqiqot plazma barcha pitch va RPM sharoitlarida samaradorlikni oshirishini ko‘rsatmaydi.
• 4–10 kV oralig‘ida natijalar o‘xshash bo‘lishi barcha plazma aktuatorlari kuchlanishdan mustaqil degani emas.
• Past chastotali, rotor yoki shear-layer dinamikasi bilan sinxron aktuatsiya sinovdan o‘tkazilmagan.
• Kuzatilgan FoM oshishi UAV uchish vaqtida to‘g‘ridan-to‘g‘ri ayni foiz oshishini berishi ko‘rsatilmagan.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Tajriba modeli va asosiy parametrlar

O‘lchov ishonchliligi

Load cell kalibrlash natijasidagi o‘lchov noaniqligi ±%2, elektr toki sensorining ishlab chiqaruvchi aniqligi ±%1 deb ko‘rsatilgan. Bir nechta takrorda thrust va power natijalarining kuzatilgan o‘zgaruvchanligi taxminan ±%2,5.

Bu oxirgi qiymat faqat qurilmalarning katalog aniqligini emas, testdan testga yuzaga kelgan umumiy eksperimental tarqalishni ham o‘z ichiga oladi.

18° test seriyasining fizik ma’nosi

18° pitchli propeller tadqiqotning batafsil vaqt qatori tahlilining asosiy holatidir. 2000–4000 RPM oralig‘ida plazma yoqilganda RPM oshishi drag yo‘qotishi kamaygan degan talqinga mos deb qaralgan.

RPM yana ayni qiymatga sozlanganda thrust asosan saqlanib, motor kamroq quvvat sarflashi aerodinamik yukni oshirishdan ko‘ra yo‘qotish mekanizmlari kamaygan degan talqinni qo‘llab-quvvatlaydi.

Power coefficient nega muhim?

Xom elektr quvvat RPM bilan kuchli o‘zgargani sabab turli ish tezliklarini faqat watt bilan taqqoslash chalg‘itishi mumkin. \(C_P\) motor elektr kirishini havo zichligi, aylanish tezligi va propeller o‘lchami bilan normallashtiradi.

18° testida \(C_P\) ning 2000 RPM da %2,43, 2500 RPM da %4,85, 3000 RPM da %7,17 va 4000 RPM da %7,66 kamayishi plazmaning o‘lchangan ta’siri yuqori sinov tezliklarida aniqroq bo‘lganini ko‘rsatadi.

FoM nega ko‘proq oshadi?

FoM suratida \(C_T^{3/2}\), maxrajida \(C_P\) bo‘lgani sabab thrust coefficient taxminan saqlanganda power coefficientning kamayishi FoM ni oshiradi.

Shu sabab 4000 RPM dagi −%7,66 \(C_P\) o‘zgarishi +%9,42 FoM o‘zgarishiga to‘g‘ri keladi. FoM oshishi power kamayishi bilan ayni foizda bo‘lishi kutilmaydi; matematik ta’riflari turlicha.

22° natijasi nega alohida ko‘rib chiqilishi kerak?

Pitch burchagi skanida manba 15° uchun %4,2, 22° uchun %10,1 FoM oshishini bildiradi. Bu seriya 18° propellerda RPM bo‘yicha bajarilgan batafsil Table 1 tajribasidan boshqa parametr skanidir.

Shu sabab %10,1 natijasi 18° Table 1 ga qo‘shilmasligi; alohida 22° pitch testining natijasi sifatida saqlanishi kerak.

Manba annotatsiyasidagi “maximum 9.42%” iborasi bilan natijalar bo‘limidagi %10,1 o‘rtasida ko‘rinadigan nomuvofiqlik bo‘lgani sabab Verianla ikkala qiymatni ham konteksti bilan saqlaydi.

Kuchlanish skanining natijasi

Figure 8, 18° pitchli propeller uchun 4, 6, 8 va 10 kV qo‘llashlarda 1500–4000 RPM oralig‘ida yakuniy FoM qiymatlari xato bandi ichida bir-biriga juda yaqin ekanini ko‘rsatadi.

Shu sabab yuqori kuchlanish mavjud qurilmada o‘lchab bo‘ladigan qo‘shimcha FoM foydasini hosil qilmagan. Tadqiqot bu kuzatuvni aktuatorning aerodinamik ta’sirida saturation ga erishish bilan izohlaydi.

Kuchlanish natijasi net energiya optimallashtirish deganimi?

Yo‘q. Kuchlanish skani aerodinamik FoM natijasiga e’tibor qaratadi. Turli kuchlanishlarda plazma quvvat sarfining jami vosita energiya samaradorligiga ta’sirini qamrab oladigan batareya darajasidagi batafsil optimallashtirish bajarilmagan.

Shu sabab amaliy UAV dizaynida faqat aerodinamik FoM emas, balki yuqori kuchlanish power electronics va plazma aktuatorining o‘z sarfi ham birga baholanishi kerak.

Tajribaning kuchli tomonlari

• Plazma aktuatsiyasi haqiqatan aylanuvchi kichik propellerda qo‘llangan.
• 4000 RPM gacha yuqori tezlikli test bajarilgan.
• Yuqori kuchlanishni aylanuvchi tizimga uzatuvchi slip-ring infratuzilmasi fizik ravishda qurilgan.
• Thrust, RPM va motor elektr sarfi bir vaqtda kuzatilgan.
• Plazma yoqilgandan keyin RPM ni boshlang‘ich qiymatga qaytarish nazoratliroq ishlash taqqoslanishini ta’minlagan.
• Turli pitch burchaklari sinovdan o‘tkazilib plazmaning ish oynasi o‘rganilgan.
• 4–10 kV kuchlanish skani bajarilgan.
• Takroriy testlarda eksperimental variatsiya bildirilgan.

Tajribaning asosiy cheklovlari

• Faqat bitta asosiy airfoil va soddalashtirilgan propeller geometriyasi ishlatilgan.
• Hovering dan tashqari forward-flight sharoiti baholanmagan.
• Bevosita PIV yoki sirt oqimi o‘lchovi bajarilmagan.
• Pitch bo‘yicha ajralish holati bilvosita ishlash ko‘rsatkichlari asosida talqin qilingan.
• Aktuatsiya chastotasi keng va past chastotali skanga duchor qilinmagan.
• Har bir test sharoitidagi takrorlar soni aniq berilmagan.
• Formal statistik ahamiyat testi xabar qilinmagan.
• Uzoq muddatli elektrod/dielektrik chidamliligi sinovdan o‘tkazilmagan.
• Yuqori kuchlanish tizimining haqiqiy UAV integratsiya og‘irligi va power electronics ta’siri baholanmagan.
• Plazma aktuatorining o‘z quvvat sarfi kiritilgan to‘liq batareya darajasidagi energiya balansi berilmagan.

Kelajak tadqiqotlari qaysi savollarni hal qilishi kerak?

Mualliflar keyingi bosqichda PIV kabi batafsil oqim tasvirlash usullaridan foydalanishni tavsiya qiladilar. Shu tariqa qaysi pitch va radial hududda ajralish yuzaga kelgani, plazma yoqilganda shear layer qanday o‘zgargani va reattachment ning haqiqiy ko‘lami bevosita o‘lchanishi mumkin.

Aktuator geometriyasi va elektrod joylashuvini optimallashtirish, pastroq va sozlanadigan aktuatsiya chastotalari, turli propeller dizaynlari va forward-flight sharoitlari ham asosiy kelajak tadqiqot yo‘nalishlaridandir.

Tadqiqotning muhandislik nuqtayi nazaridan asosiy xabari

Tadqiqotning eng kuchli natijasi DBD plazma aktuatori kichik aylanuvchi propellerda faqat “plazma hosil qilish mumkin”ligini ko‘rsatish bilan cheklanmaganidir. Ma’lum pitch va aylanish tezligi sharoitlarida motorning elektr sarfi o‘lchab bo‘ladigan darajada kamaygan, thrust esa taxminan saqlangan.

Bunga qarshi natijalar aktiv oqim nazoratining ish oynasi borligini ham ko‘rsatadi. Oqim asosan yopishgan deb hisoblangan past pitchlarda nazorat qilinadigan yo‘qotish kam; juda kuchli ajralish kutiladigan 30° sharoitida esa mavjud aktuator yetarli nazorat vakolatiga ega ko‘rinmaydi.

Demak DBD plazma aktuatsiyasi ushbu tadqiqot ma’lumotlariga ko‘ra “har qanday sharoitda propeller samaradorligini oshiradigan” texnologiya emas, balki ma’lum aerodinamik rejimlarda yo‘qotishni kamaytirish potensialini ko‘rsatadigan aktiv oqim nazorati usulidir.

Manba va Usul Haqida Izoh

To‘liq asl tadqiqot nomi: Experimental Analysis of Flow Separation Control on UAV Propellers Using Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators

Mualliflar: Abdallah Samad; Kayde Bowers; Harsha Sista; Anvesh Dhulipalla; Hui Hu.

Mualliflar tartibi: Manbadagi asl tartib aynan saqlangan.

Teng hissa/teng birinchi muallif: Manbada ko‘rsatilmagan.

Mas’ul mualliflar: Abdallah Samad va Hui Hu.

Muassasalar: Department of Aerospace Engineering, Iowa State University, Ames, Iowa, USA; Department of Mechanical Engineering, American University of Bahrain, Al-Riffa, Bahrain; Department of Mechanical Engineering, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania, USA.

Manba turi: Taqrizdan o‘tgan eksperimental tadqiqot maqolasi. Fizik ravishda aylanuvchi kichik UAV propellerlarida AC-DBD plazma aktuatsiyasi qo‘llangan; thrust, RPM va motorning elektr quvvat sarfi laboratoriya sharoitida o‘lchangan.

Jurnal: Aerospace

Nashriyot: MDPI

Jild / son / maqola raqami: 13(8), 668

Nashr sanasi: 26-iyul 2026

DOI: 10.3390/aerospace13080668

Rasmiy nashr havolasi: https://www.mdpi.com/2226-4310/13/8/668

DOI havolasi: https://doi.org/10.3390/aerospace13080668

Taqriz holati: Tadqiqot taqrizdan o‘tgan Aerospace jurnalida chop etilgan tadqiqot maqolasidir.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY) ochiq kirish litsenziyasi.

Moliyalashtirish: Tadqiqot Army Research Office tomonidan W911NF2410251 shartnoma raqami bilan va National Science Foundation tomonidan CBET-1935363 hamda CBET-2313310 mukofot raqamlari doirasida qisman qo‘llab-quvvatlangan.

Ma’lumotlar mavjudligi: Ma’lumotlar so‘rov bo‘yicha olinishi mumkinligi bildirilgan.

Minnatdorchilik: Mualliflar tajriba qurilmasini yig‘ishda ko‘rsatgan yordami uchun Iowa State University dan James Benson va Andrew Jordan ga minnatdorchilik bildiradilar.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirganlar.

Muallif hissasi manba izohi: Manbadagi Author Contributions qatori “A.S., K.B. and H.H.; Methodology, A.S.; Validation...” shaklida boshlanadi. Dastlabki uch ism oldida CRediT roli ko‘rinmagani sabab Verianla yetishmayotgan rolni taxmin bilan to‘ldirmagan. Manba metodologiya A.S.; validatsiya A.S., K.B., H.S. va H.H.; formal tahlil A.S., H.S. va A.D.; tadqiqot A.S., K.B., H.S. va A.D.; resurslar H.H.; ma’lumotlar kuratsiyasi A.S., K.B., H.S. va A.D.; dastlabki qoralama A.S.; ko‘rib chiqish va tahrirlash A.S. va H.H.; nazorat, loyiha boshqaruvi va moliyalashtirishni jalb qilish H.H. deb aniq beradi.

Annotatsiya–natija FoM nomuvofiqligi: Maqola annotatsiyasi maksimal FoM oshishini %9,42 deb bildiradi. Bu qiymat 18° pitchli propellerning 4000 RPM Table 1 tajribasidir. Bunga qarshi pitch burchagi skanining natija matni 22° uchun %10,1 FoM oshishini bildiradi. Verianla ikki raqamni o‘z konteksti bilan alohida saqlagan va birini jimgina boshqasining o‘rniga qo‘ymagan.

Thrust coefficient nomuvofiqligi: Table 1 da 2500 RPM uchun ΔC_T +%0,91. Shu bo‘lim davomida matn maksimal thrust coefficient variation qiymati %0,7 dan kichikligini aytadi. Jadval va gap mos kelmagani sabab Verianla asosiy baholashda jadvaldagi aniq qiymatlarni asos qilib olgan va manba ichidagi farqni ochiq qayd etgan.

FoM energiya qamrovi izohi: Maqola FoM hisobida shaft quvvati o‘rniga elektr kirish quvvati o‘lchangani sabab ko‘rsatkichni system-level FoM deb ataydi. Ayni tadqiqot DBD plazma aktuatorining taxminan 4 W quvvat sarfini alohida hisoblagan. Biroq bu taxminan 4 W FoM hisobidagi \(P\) qiymatiga kiritilgan-kiritilmagani aniq ko‘rsatilmagan. Shu sabab bildirilgan FoM oshishi to‘liq motor + plazma + power electronics net tizim samaradorligi sifatida qayta talqin qilinmagan.

Oqim ajralishini validatsiya qilish chegarasi: Tadqiqotda oqim maydoni PIV yoki o‘xshash usul bilan bevosita o‘lchanmagan. Past pitchlarda oqim yopishgan, o‘rta pitchlarda ajralgan va 30° da kuchliroq ajralgan degan talqinlar RPM, thrust va motor power o‘zgarishlari hamda avvalgi aerodinamik bilimga asoslanadi. Verianla bularni bevosita tasvirlangan ajralish xaritasi sifatida taqdim etmagan.

Eksperimental qamrov: Asosiy sinov modeli ikki parrakli, 114 mm radiusli, 22 mm doimiy xordli, twistsiz NACA 4412 propelleridir. Tajribalar hovering sharoitida, kiruvchi erkin oqimsiz va 4000 RPM gacha bajarilgan.

O‘lchov noaniqligi: Load cell ning ko‘rsatilgan o‘lchov noaniqligi ±%2, elektr toki o‘lchash tizimining aniqligi ±%1 va takroriy thrust/power tajribalarida kuzatilgan umumiy o‘zgaruvchanlik taxminan ±%2,5. Tadqiqot batafsil p-value yoki confidence interval tahlilini bildirmaydi.

Ilmiy chegara: Topilmalar fizik laboratoriya tajribasidir, ammo haqiqiy UAV uchish testi emas. Forward flight, turli propeller geometriyalari, uzoq muddatli plazma elektrod chidamliligi, haqiqiy vosita og‘irlik/quvvat budjeti va integratsiyalangan batareya energiya foydasi tadqiqot qamroviga kirmaydi.

Mazmun ishlab chiqarish usuli: Ushbu Verianla izohidagi tajriba sharoitlari, mekanizmlar, tenglamalar, o‘lchov qiymatlari, grafik talqinlar va cheklovlar ko‘rib chiqilgan manba tadqiqotga asoslangan. Tashqi validatsiya faqat tadqiqot identifikatsiyasi, rasmiy nashr yozuvi va jurnalning taqriz holati bilan cheklangan; tashqi manbalardan yangi eksperimental ishlash qiymati yoki manbada bo‘lmagan aerodinamik natija asosiy maqolaga qo‘shilmagan.