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Geometric Optimization of Microfabricated Silicon Electrodes for Corona Discharge-Based Electrohydrodynamic Thrusters

机译：基于电晕放电的电动流体推进器的微细硅电极的几何优化

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摘要

Electrohydrodynamic thrust is an emerging propulsion mechanism for flying insect-scale robots. There is a need to both minimize the operating voltage and maximize the output force when designing microfabricated electrodes for use in these robots. In this work, an array of hybrid wire-needle and grid electrode geometries were fabricated and characterized to attempt to minimize both corona discharge onset voltage and thrust loss factor. Statistical analysis of this dataset was performed to screen for factors with significant effects. An optimized emitter electrode decreased onset voltage by 22%. Loss factor was found to vary significantly (as much as 30%) based on collector grid geometric parameters without affecting discharge characteristics. The results from this study can be used to drive further optimization of thrusters, with the final goal of providing a path towards autonomous flying microrobots powered by atmospheric ion engines.
机译：电动水力推力是一种用于飞行昆虫规模机器人的新兴推进机制。设计用于这些机器人的微型电极时，既需要使工作电压最小，又要使输出力最大化。在这项工作中，制造了混合的线-针和栅电极几何形状的阵列，并进行了表征，以试图使电晕放电起始电压和推力损耗因子最小。对该数据集进行统计分析以筛选具有显着影响的因素。优化的发射极可将起始电压降低22％。根据收集器网格的几何参数，发现损耗因子变化很大（多达30％），而不会影响放电特性。这项研究的结果可用于推动推进器的进一步优化，最终目标是为通向由大气离子发动机提供动力的自主飞行微型机器人提供途径。

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