Estudio computacional de actuadores DBD sobre placa plana y perfil aerodinámico

Abstract

Los actuadores de plasma, especialmente los Dispositivos de Descarga con Barrera Dieléctrica (DBD), son una tecnología para el control del flujo que está en ferviente desarrollo durante la última década. Esto se debe a su sencillez, ligereza y a la posibilidad de implementar estrategias de control activo de la corriente. Se prevé que los actuadores de plasma DBD tengan un gran impacto en la aeronáutica, ya que son capaces de lograr un control preciso de la dirección del flujo de aire y de ofrecer una gran variedad de aplicaciones prácticas, como el control activo de la carga aerodinámica, la mejora del consumo de combustible, la reducción del ruido de motor y la generación de empuje adicional. Esto se debe, principalmente, a su capacidad de respuesta rápida y precisa ante las variaciones en el flujo de aire. Esta tecnología se ha aplicado con éxito en algunos prototipos de aviones, y se espera que se aplique a gran escala en la industria aeronáutica en los próximos años. Para estudiar el comportamiento del plasma, existen diversas metodologías computacionales, sin embargo, la mayoría presentan modelos físicos complejos que requieren recursos computacionales elevados y tiempo de cálculo. A lo largo de este proyecto, se ha desarrollado un modelo numérico sencillo, basado en el modelo ingenieril de Suzen-Huang, que se puede ejecutar desde un ordenador personal usando el software computacional Basilisk. Este código permite caracterizar el comportamiento de un actuador de plasma DBD ante diversas geometrías, configuraciones y condiciones contorno, en función de parámetros tanto fluidos como eléctricos.

Plasma actuators, especially Dielectric Barrier Discharge (DBD) devices, are a flow control technology that has been under intense development during the last decade. This is due to its simplicity, lightness and the possibility of implementing active flow control strategies. It is envisaged that DBD plasma actuators will have a great impact in aeronautics, since they are able to achieve precise control of the air flow direction and offer a wide range of practical applications, such as active load control, fuel consumption improvement, noise reduction of the engine and additional thrust generation. This is mainly due to their fast and precise response to changes in the air flow. This technology has been successfully applied in some aircraft prototypes, and it is expected to be applied on a large scale in the aeronautical industry in the coming years. To study the plasma behavior, there are several computational methodologies available, however, most of them present complex physical models that require high computational resources and calculation time. Throughout this project, a simple numerical model, based on the Suzen-Huang engineering model, has been developed that can be run from a personal computer using the Basilisk computational software. This code allows to characterize the behavior of a DBD plasma actuator under different geometries, configurations and boundary conditions, depending on both fluid and electrical parameters.