The Akai EWI4000s is the most recent model of the EWI (Electric Wind Instrument) family, first conceived by Nyle Steiner in the late 1970’s. A relatively young electronic instrument, the EWI lacks a complete, organized publication explaining how to fully utilize its technical and expressive devices. Furthermore, no instructional aid exists to explain the parameters of the Vyzex computer editor used to create and manipulate the onboard sound bank of the EWI4000s. The purpose of this study is to inform the reader of how the EWI4000s came to fruition, to develop a complete technical and expressive method for learning to play the EWI4000s, and to create a musically based manual for using the Vyzex computer editor. Using text, diagrams, and musical examples, the method acquaints the reader with the EWI’s internal and external controls by explaining their functions using musical terms easily understood by the common musician. Additionally, new notation is created to constrain the EWI’s seven-octave range exclusively within the treble clef staff making it easier to compose and read EWI music without excessive clef changes and musical octave markings. The new notation also develops symbols to dictate use of the EWI’s expressive devices such as pitch bend, glissando, octave doubling, and harmonization.

Η εργασία ξεκινά με την θεμελίωση βασικών εννοιών των εκκενώσεων και στη συνέχεια παρατίθενται οι κυριότερες ηλεκτρικές εκκενώσεις σε αέριο διάκενο. Ακολουθεί μια ιστορική αναδρομή του ηλεκτρικού ανέμου και μια εκτενής βιβλιογραφία πάνω στο θέμα αυτό καθώς και πρόσφατες εργασίες. Το θέμα της διπλωματικής εργασίας ήταν να παρουσιάσει μια δισδιάστατη μελέτη των ηλεκτρικών εκκενώσεων σε διάκενα με την χρήση υδροδυναμικών εξισώσεων, δίνοντας έμφαση α)στην δισδιάστατη εξομοίωση της «γένεσης» του streamer (κύμα ιονισμού) και της διάδοσής του σε διάκενο και β)την εξομοίωση του ηλεκτρικού ανέμου. Αναπτύχθηκαν δυο μοντέλα, ένα για τον streamer (μοντέλο Α) και ένα για τον ηλεκτρικό άνεμο (μοντέλο Β). Παρατίθενται αποτελέσματα και συμπεράσματα πάνω στα χαρακτηριστικά του streamer (ταχύτητα, πεδίο κεφαλής, … ) και του ηλεκτρικού ανέμου (ταχύτητα) σε σχέση με πειραματικά και θεωρητικά αποτελέσματα. Στο μοντέλο Α έγιναν εξομοιώσεις για διαφορετικές αρχικές συνθήκες και οι τιμές της ταχύτητας διάδοσης του streamer που προέκυψαν συμφωνούν με την βιβλιογραφία. Με κάποιες παραδοχές οι οποίες απλοποιούν την μελέτη του ανέμου και δεν παρεκκλίνουν από την φυσική του φαινομένου καταφέραμε να αναπτύξουμε το μοντέλο Β υπολογίζοντας την ταχύτητά του που συμφωνεί με την βιβλιογραφία. Αξίζει να αναφερθεί ότι η διπλωματική εργασία ανέδειξε τις δυνατότητες και αλλά και τις αδυναμίες του FlexPDE στην επίλυση δύσκολων διαφορικών εξισώσεων. / -

Η παρούσα εργασία αναφέρεται στη μελέτη της ηλεκτρικής εκκένωσης τύπου κορώνας και ιδιαίτερα στα ηλεκτρικά και υδροδυναμικά (ηλεκτρικός άνεμος) φαινόμενα που τη συνοδεύουν. Μια εκκένωση κορώνας είναι το φαινόμενο που δημιουργείται σε ένα αέριο διάκενο μεταξύ δύο ηλεκτροδίων διαφορετικής ακτίνας καμπυλότητας, όταν αυτά βρίσκονται υπό την επίδραση διαφοράς δυναμικού μερικών kV. Η εκκένωση κορώνας συνοδεύεται από την εμφάνιση ηλεκτρικών, οπτικών, ακουστικών, χημικών, αεροδυναμικών (ηλεκτρικός άνεμος) και ραδιοηλεκτρικών φαινομένων. Ο ηλεκτρικός άνεμος είναι ένα φαινόμενο το οποίο δημιουργείται από τη μετάδοση της ορμής των ιόντων στα ουδέτερα μόρια του αερίου οπότε παρατηρείται μία κίνηση του αερίου από το ηλεκτρόδιο με μικρή ακτίνα καμπυλότητας, προς το άλλο ηλεκτρόδιο. Το κύριο αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη του φαινομένου της θετικής κορώνας, μεταξύ μιας μη συμμετρικής διάταξης ηλεκτροδίων, στον ατμοσφαιρικό αέρα. Στην άνοδο τοποθετήθηκαν μια και δύο ακίδες της ίδιας ακτίνας καμπυλότητας ενώ χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαφορετικές κάθοδοι. Οι πειραματικές μετρήσεις είχαν ως στόχο τον προσδιορισμό της χαρακτηριστικής του μέσου ρεύματος της εκκένωσης συναρτήσει της τάσης διακένου, των παλμών του ρεύματος για διάφορες τιμές της τάσης , τον προσδιορισμό της κατανομής και της χαρακτηριστικής της ταχύτητας του ηλεκτρικού ανέμου καθώς και της χαρακτηριστικής της θερμοκρασίας του ηλεκτρικού ανέμου. Πρέπει να αναφέρουμε ότι οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν για συνεχή και παλμική τάση λειτουργίας. / In this thesis, the effect of the positive corona discharge was studied. Especially, electric and hydrodynamic phenomena (corona wind) were studied. By the term “corona discharge”, one generally refers to the ensemble of phenomena which occur in a gaseous medium in the vicinity of conductors of small radius of curvature, subjected to intense, but not disruptive, electric fields. The main part of this thesis is experimental procedures that were held between a non-symmetrical set-up of electrodes in atmospheric air in order to, initially define the V-I characteristics and study the current impulses for different voltage values. Furthermore, we studied the velocity distribution and velocity characteristics of corona wind. In the last part of this work the temperature characteristics are present. It is important to mention that the experimental measurements were carried out on continuous and pulsed voltage.

Electrohydrodynamics (EHD) is a promising research field with several trending applications. Even though the phenomenon was first observed centuries ago, there is very little research until the middle 20th century, as the mechanisms behind it were very poorly understood. To this date, the majority of research is based on the development of empirical models and the presentation of laboratory experiments. This work begins with an extensive literature review on the phenomenon, clarifying conflicts between researchers throughout the history and listing the findings of the latest research. The literature review reveals that there are very few mathematical models describing even the most important parameters of the EHD fluid flow and most are either empirical or greatly simplified. As such, practical mathematical models for the assessment of all primary performance characteristics describing EHD fluid accelerators (Voltage Potential, Electric Field Intensity, Corona Discharge Current and Fluid Velocity) were developed and are begin presented in this work. These cover all configurations where the emitter faces a plane or another identical electrode and has a cylindrical surface. For configurations where the emitter faces a plane or another identical electrode and has a spherical surface, Corona Discharge Current and Fluid Velocity models have been presented as well. Laboratory experiments and computer simulations were performed and are being thoroughly presented in Chapter 4, verifying the accuracy and usability of the developed mathematical models. The laboratory experiments were performed using two of the most popular EHD electrode configurations - wire-plane and needle-grid. Finally, the findings of this research are being summarized in the conclusion, alongside with suggestions for future research. The step-by-step development of the equipotential lines mathematical model is presented in Appendix A. Appendix B covers the mathematical proof that the proposed field lines model is accurate and that the arcs are perpendicular to the surface of the electrodes and to all of the equipotential lines.

Cette thèse est effectuée dans le cadre du projet Européen "PlasmAero" dont le but est de développer et d'étudier des actionneurs plasmas, et de démontrer leur capacité à contrôler des écoulements aérodynamiques. L'actionneur plasma à Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) de surface est un moyen innovant pour contrôler un écoulement en utilisant le vent électrique induit par la force électrohydrodynamique (EHD) générée au sein du gaz ionisé. Une première partie est dédiée à l'étude des actionneurs plasmas. L'influence de la géométrie de l'électrode active d'une DBD est précisée par des mesures électriques, optiques et mécaniques. Les régimes de la décharge de surface peuvent être totalement modifiés, tout commel'évolution de la force EHD en fonction du temps, calculée ici par bilan intégral. Une géométrie optimisée permet de supprimer le régime de décharge streamer et d'augmenter l'efficacité de l'actionneur de 0,65 à 0,97 mN/W. De plus, des configurations à multi-électrodes (sliding discharge et multi-DBD) sont étudiées et développées. Une multi-DBD à potentiels alternés a permis d'obtenir un vent électrique record de 10,5 m/s.L'étude du contrôle d'un écoulement décollé à mi-corde ou en bord de fuite sur l'extrados d'un profil NACA 0015 fait l'objet de la seconde partie de la thèse. Une DBD standard à deux électrodes, une multi-DBD à six électrodes et une DBD de type "nanoseconde" sont utilisées pour agir sur une séparation à des nombres de Reynolds atteignant 1,3μ106, avec une transition naturelle ou déclenchée. Les résultats démontrent que le contrôle permet de repousser efficacement la séparation, améliorant ainsi les performances aérodynamiques du profil. / This work is conducted in the framework of the European PlasmAero project that aims to demonstrate how plasma actuators can be used to control aircraft aerodynamic. Surface Dielectric Barrier Discharge (DBD) is an innovative solution to control a flow with the electric wind induced by the electrohydrodynamic (EHD) force produced by a surface discharge. A first part is dedicated to plasma actuators study. The exposed electrode shape of a DBD actuator is investigated by electrical, optical and mechanical characterization. Discharges properties and EHD force evolution is fully dependent of exposed electrode shape. With an optimized active electrode shape, streamer discharge is cancelled while actuator effectiveness is increased from 0.65 to 0.97 mN/W. Flow field induced by multiple electrode design is also investigated. An innovative multi-DBD design is proposed. Inhibition of mutual interaction between successive DBD actuators and exposed electrode shape optimization conduct to an electric wind velocity of 10.5 m/s. In a second part, the control of boundary layer separation on a NACA 0015 airfoil is investigated. An ac DBD, a multi-DBD and a nanosecond DBD are used to manipulate separation at a Reynolds number Re = 1.3μ106, with tripped and natural boundary layer. Results show that actuators can effectively remove the separation existing without actuation.