Propulsione al plasma per il volo in atmosfera

Il presente lavoro di tesi descrive il fenomeno del vento ionico, con particolare atten- zione alle scariche a corona e alle loro applicazioni nel campo della propulsione elettro- idrodinamica. Nella prima parte del lavoro, a carattere introduttivo, vengono dappri- ma discussi i fondamenti della fisica dei plasmi non termici e principali processi cinetici che coinvolgono ioni e neutri. In seguito si affrontano gli effetti agli elettrodi, tra cui l’emissione termoionica, fotoelettrica e per impatto di particelle. Il secondo capitolo approfondisce l’evoluzione storica e le applicazioni del vento ionico, con un focus sulle scariche a corona. Vengono illustrati il principio di funzionamento e la configurazione sperimentale utilizzati per lo studio della forza elettroidrodinamica prodotta da tali scariche. Sono presentati e discussi alcuni risultati sperimentali disponibili in letteratura, considerando vari design di elettrodi, tra cui configurazioni a due, tre e cinque elettrodi. Il terzo capitolo riporta la realizzazione di un esperimento da parte di un gruppo di ricerca afferente all’MIT di Boston. L’esperimento consiste nella dimostrazione della possibilita` di realizzare il volo di un aeroplano con propulsione a stato solido basata su vento ionico. L’analisi dei risultati sperimentali consente di valutare potenzialita` e le limitazioni di questa tecnologia. Il quinto capitolo presenta una serie di simulazioni numeriche condotte per studiare la cinetica chimica all’interno del plasma, utilizzando due diversi modelli di plasma uniforme. Viene esaminato il comportamento di diverse specie coinvolte, tra cui ioni ed elettroni, e viene discussa l’evoluzione delle loro densita` nel tempo. Inoltre, vengono considerate due diverse forme d’onda del campo elettrico applicato.