Plasma actuator
प्लाज्मा एक्चुएटर एक प्रकार का एक्चुएटर है जिसे वर्तमान में वायुगतिकीय प्रवाह नियंत्रण के लिए विकसित किया जा रहा है। प्लाज्मा एक्चुएटर्स आयनक्राफ्ट के समान बल प्रदान करते हैं। प्लाज्मा प्रवाह नियंत्रण ने काफी ध्यान आकर्षित किया है और इसका उपयोग सीमा परत त्वरण, एयरफॉइल पृथक्करण नियंत्रण, अग्रभाग पृथक्करण नियंत्रण, टरबाइन ब्लेड पृथक्करण नियंत्रण, अक्षीय कंप्रेसर स्थिरता विस्तार, गर्मी हस्तांतरण और उच्च गति जेट नियंत्रण में किया गया है। इन एक्चुएटर्स का काम इलेक्ट्रोड पर एक उच्च-वोल्टेज एसी संकेत के अनुप्रयोग द्वारा असममित इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी के बीच कम तापमान वाले प्लाज्मा के गठन पर आधारित है। नतीजतन, इलेक्ट्रोड के आसपास की हवा से हवा के अणु आयनित होते हैं, और विद्युत क्षेत्र के माध्यम से त्वरित होते हैं। परिचय वायुमंडलीय स्थितियों में काम करने वाले प्लाज्मा एक्चुएटर्स प्रवाह नियंत्रण के लिए आशाजनक हैं, मुख्य रूप से उनके भौतिक गुणों के लिए, जैसे कि एक मजबूत विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित शरीर बल और एक विद्युत चाप के दौरान गर्मी का उत्पादन, और उनके निर्माण और प्लेसमेंट की सादगी। विशेष रूप से, रोथ (2003) द्वारा ग्लो डिस्चार्ज प्लाज्मा एक्चुएटर्स का हालिया आविष्कार जो वायुमंडल के दबाव वाली हवा में पर्याप्त मात्रा में ग्लो डिस्चार्ज प्लाज्मा का उत्पादन कर सकता है, प्रवाह नियंत्रण प्रदर्शन में वृद्धि करने में मदद करता है। विद्युत आपूर्ति और इलेक्ट्रोड लेआउट या तो एक प्रत्यक्ष धारा (डीसी) या एक वैकल्पिक धारा (एसी) विद्युत आपूर्ति या एक माइक्रोवेव माइक्रोडिसचार्ज का उपयोग प्लाज्मा एक्चुएटर्स के विभिन्न विन्यासों के लिए किया जा सकता है। एक परावैद्युत अवरोध निर्वहन प्लाज्मा एक्चुएटर के लिए एसी बिजली आपूर्ति डिजाइन की एक योजनाबद्ध योजना यहाँ एक उदाहरण के रूप में दी गई है। प्लाज्मा एक्चुएटर्स का प्रदर्शन परावैद्युत सामग्री और बिजली निवेश द्वारा निर्धारित किया जाता है, बाद में एम. ओ. एस. एफ. ई. टी. या आई. जी. बी. टी. के गुणों द्वारा सीमित होता है। ड्राइविंग तरंगों को बेहतर सक्रियण (प्रेरित प्रवाह गति) प्राप्त करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। हालांकि, बिजली आपूर्ति निर्माण में सरलता के लिए एक साइनसॉइडल तरंग बेहतर हो सकती है। अतिरिक्त लाभ अपेक्षाकृत कम विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप है। पल्स-विड्थ मॉडुलन को सक्रियण की ताकत को तुरंत समायोजित करने के लिए अपनाया जा सकता है। एनकैप्सुलेटेड इलेक्ट्रोड के हेरफेर और पूरे डाइलेक्ट्रिक परत में एनकैप्सुलेटेड इलेक्ट्रोड के वितरण को डाइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज (डी. बी. डी.) प्लाज्मा एक्चुएटर के प्रदर्शन को बदलने के लिए दिखाया गया है। प्रारंभिक एनकैप्सुलेटेड इलेक्ट्रोड को परावैद्युत सतह के करीब खोजने से दिए गए वोल्टेज के लिए आधार रेखा मामले की तुलना में प्रेरित वेग अधिक होते हैं। इसके अलावा, उथले प्रारंभिक इलेक्ट्रोड वाले एक्चुएटर्स प्रवाह में गति और यांत्रिक शक्ति को अधिक कुशलता से प्रदान करने में सक्षम होते हैं। कोई फर्क नहीं पड़ता कि कितना धन निवेश किया गया है और उच्च प्रेरित गति के विभिन्न निजी दावों की संख्या, एक वायुमंडलीय दबाव दृढ़ विश्वास पर प्लाज्मा एक्चुएटर्स द्वारा प्रेरित अधिकतम, औसत गति, यांत्रिक प्रवर्धक (कक्ष, गुहा आदि) के किसी भी सहायक के बिना। ), अभी भी 10 मीटर/सेकंड से कम है। तापमान का प्रभाव सतह का तापमान एक परावैद्युत अवरोध निर्वहन प्लाज्मा एक्चुएटर की उपयोगिता को सीमित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। शांत हवा में एक एक्चुएटर द्वारा उत्पादित जोर लागू वोल्टेज के शक्ति नियम के साथ बढ़ता है। एक सीमा से अधिक वोल्टेज के लिए, शक्ति-नियम का प्रतिपादक जोर वृद्धि को सीमित करने को कम कर देता है, और एक्चुएटर को "संतृप्त" कहा जाता है, जो एक्चुएटर के प्रदर्शन को सीमित करता है। फिलामेंटरी डिस्चार्ज घटनाओं की शुरुआत से संतृप्ति की शुरुआत को नेत्रहीन रूप से सहसंबद्ध किया जा सकता है। परावैद्युत के स्थानीय सतह के तापमान को बदलकर संतृप्ति प्रभाव में हेरफेर किया जा सकता है। इसके अलावा, प्लाज्मा एक्चुएटर्स से लैस वास्तविक जीवन के विमानों से निपटने के दौरान, तापमान के प्रभाव पर विचार करना महत्वपूर्ण है। उड़ान लिफाफे के दौरान तापमान में होने वाली भिन्नताओं का एक्चुएटर के प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है। यह पाया गया है कि एक स्थिर शिखर-से-शिखर वोल्टेज के लिए एक्चुएटर द्वारा उत्पादित अधिकतम वेग सीधे परावैद्युत सतह के तापमान पर निर्भर करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि एक्चुएटर के तापमान को बदलकर प्रदर्शन को बनाए रखा जा सकता है या विभिन्न पर्यावरणीय स्थितियों में भी बदला जा सकता है। अस्तरक सतह के तापमान में वृद्धि गति प्रवाह को बढ़ाकर प्लाज्मा एक्चुएटर के प्रदर्शन को बढ़ा सकती है जबकि थोड़ी अधिक ऊर्जा का उपभोग करती है। यद्यपि प्लाज्मा एक्चुएटर्स को प्रवाह नियंत्रण उपकरणों के रूप में उनके प्रदर्शन के लिए व्यापक रूप से चिह्नित किया गया है, यह धारणा कि वे ओस, बूंदा-बांदी या धूल जैसी प्रतिकूल परिस्थितियों में विफल हो सकते हैं, उन्हें व्यावहारिक अनुप्रयोगों में कम लोकप्रिय बनाता है। पहले के प्रकाशनों ने नमी, पानी के आसंजन और यहां तक कि बर्फ के प्रभाव को दिखाया है। हाल के एक प्रकाशन ने एक कार्यशील प्लाज्मा एक्चुएटर पर सीधे पानी की बूंदों का छिड़काव करके हल्की बारिश का अनुकरण किया है और प्रदर्शन मीट्रिक के रूप में थ्रस्ट रिकवरी पर इसका प्रभाव दिखाया है। यह दिखाया गया कि गीले एक्चुएटर जल्दी से प्लाज्मा चमक को पुनर्प्राप्त करते हैं, और धीरे-धीरे सूखे एक्चुएटर की तुलना में जोर प्राप्त करते हैं। प्रवाह नियंत्रण अनुप्रयोग प्लाज्मा एक्चुएशन के कुछ हालिया अनुप्रयोगों में स्थानीय चाप फिलामेंट प्लाज्मा एक्चुएटर्स का उपयोग करके उच्च गति प्रवाह नियंत्रण, और प्रवाह पृथक्करण और 3 डी वेक नियंत्रण और ध्वनि नियंत्रण और स्लाइडिंग निर्वहन के लिए परावैद्युत बाधा निर्वहन का उपयोग करके कम गति प्रवाह नियंत्रण शामिल हैं। प्लाज्मा एक्चुएटर्स का वर्तमान शोध मुख्य रूप से तीन दिशाओं पर केंद्रित हैः (1) प्लाज्मा एक्चुएटर्स के विभिन्न डिजाइन; (2) प्रवाह नियंत्रण अनुप्रयोग; और (3) प्लाज्मा एक्चुएशन के तहत प्रवाह अनुप्रयोगों का नियंत्रण-उन्मुख मॉडलिंग। इसके अलावा, भौतिक अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए नए प्रयोगात्मक और संख्यात्मक तरीके विकसित किए जा रहे हैं। भंवर जनित्र एक प्लाज्मा एक्चुएटर एक स्थानीय प्रवाह गति गड़बड़ी को प्रेरित करता है, जिसे नीचे की ओर एक भंवर शीट में विकसित किया जाएगा। नतीजतन, प्लाज्मा एक्चुएटर्स भंवर जनरेटर के रूप में व्यवहार कर सकते हैं। इस और पारंपरिक भंवर पीढ़ी के बीच अंतर यह है कि कोई यांत्रिक गतिशील भाग या वायुगतिकीय सतहों पर कोई ड्रिलिंग छेद नहीं हैं, जो प्लाज्मा एक्चुएटर्स के एक महत्वपूर्ण लाभ को प्रदर्शित करते हैं। सर्पेंटाइन ज्यामिति प्लाज्मा एक्चुएटर जैसे त्रि-आयामी एक्चुएटर प्रवाह उन्मुख भंवर उत्पन्न करते हैं, जो प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए उपयोगी होते हैं। हाल के काम ने इन एक्चुएटर्स का उपयोग करके संक्रमणकालीन प्रवाह के ऊर्जावान तरीकों को संशोधित करके महत्वपूर्ण अशांत खिंचाव में कमी दिखाई। सक्रिय शोर नियंत्रण सक्रिय शोर नियंत्रण आम तौर पर शोर रद्द करने को दर्शाता है, यानी, एक शोर-रद्द करने वाला स्पीकर एक ही आयाम के साथ एक ध्वनि तरंग का उत्सर्जन करता है, लेकिन मूल ध्वनि के लिए उल्टे चरण (जिसे एंटीफ़ेज़ के रूप में भी जाना जाता है) के साथ। हालांकि, प्लाज्मा के साथ सक्रिय शोर नियंत्रण विभिन्न रणनीतियों को अपनाता है। पहला इस खोज का उपयोग करता है कि जब ध्वनि प्लाज्मा शीट से गुजरती है तो दबाव को कम किया जा सकता है। दूसरा, और अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है, प्लाज्मा एक्चुएटर्स का उपयोग करके प्रवाह-क्षेत्र को सक्रिय रूप से दबाना है जो प्रवाह-प्रेरित शोर (जिसे एयरोएकॉस्टिक्स के रूप में भी जाना जाता है) के लिए जिम्मेदार है। यह प्रदर्शित किया गया है कि टोनल शोर और ब्रॉडबैंड शोर (अंतर टोनल बनाम ब्रॉडबैंड को संदर्भित कर सकता है) दोनों को सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए प्लाज्मा एक्चुएटर द्वारा सक्रिय रूप से कम किया जा सकता है। हाइपरसोनिक प्रवाह नियंत्रण के लिए सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक प्रवाह नियंत्रण प्लाज्मा पेश किया गया है। सबसे पहले, काफी कम वायुमंडलीय दबाव और उच्च सतह के तापमान के साथ उच्च ऊंचाई पर हाइपरसोनिक वाहन के लिए प्लाज्मा बहुत आसान हो सकता है। दूसरा, शास्त्रीय वायुगतिकीय सतह में मामले के लिए बहुत कम सक्रियण होता है। सक्रिय प्रवाह नियंत्रण उपकरणों के रूप में प्लाज्मा एक्चुएटर्स में रुचि उनके यांत्रिक भागों की कमी, हल्के वजन और उच्च प्रतिक्रिया आवृत्ति के कारण तेजी से बढ़ रही है। शॉक ट्यूब द्वारा उत्पन्न अस्थिर प्रवाह के संपर्क में आने पर एक परावैद्युत बाधा निर्वहन (डी. बी. डी.) प्लाज्मा एक्चुएटर की विशेषताओं की जांच की जाती है। एक अध्ययन से पता चलता है कि न केवल शॉक ट्यूब के बाहर कतरनी परत प्लाज्मा से प्रभावित होती है, बल्कि शॉक फ्रंट का मार्ग और इसके पीछे उच्च गति का प्रवाह भी प्लाज्मा उड़ान नियंत्रण के गुणों को बहुत प्रभावित करता है, प्लाज्मा एक्चुएटर्स को उड़ान के दृष्टिकोण और उसके बाद उड़ान प्रक्षेपवक्र को नियंत्रित करने के लिए एयरफॉइल पर लगाया जा सकता है। इस प्रकार एक शास्त्रीय पतवार में यांत्रिक और हाइड्रोलिक संचरण प्रणालियों के बोझिल डिजाइन और रखरखाव के प्रयासों को बचाया जा सकता है। भुगतान करने की कीमत यह है कि किसी को ई. एम. सी. नियम को संतुष्ट करने के लिए एक उपयुक्त उच्च वोल्टेज/बिजली विद्युत प्रणाली तैयार करनी चाहिए। इसलिए, प्रवाह नियंत्रण के अलावा, प्लाज्मा एक्चुएटर्स शीर्ष-स्तरीय उड़ान नियंत्रण में क्षमता रखते हैं, विशेष रूप से यूएवी और अलौकिक ग्रह (उपयुक्त वायुमंडलीय स्थितियों के साथ) जांच के लिए। दूसरी ओर, प्लाज्मा एक्चुएटर्स की विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए पूरी उड़ान नियंत्रण रणनीति पर पुनर्विचार किया जाना चाहिए। डी. बी. डी. प्लाज्मा एक्चुएटर्स के साथ एक प्रारंभिक रोल नियंत्रण प्रणाली चित्र में दिखाई गई है। यह देखा जा सकता है कि एक एयरफॉइल के दोनों तरफ प्लाज्मा एक्चुएटर्स तैनात किए जाते हैं। रोल एंगल फीडबैक के अनुसार प्लाज्मा एक्चुएटर्स को सक्रिय करके रोल नियंत्रण को नियंत्रित किया जा सकता है। विभिन्न प्रतिक्रिया नियंत्रण पद्धतियों का अध्ययन करने के बाद, प्लाज्मा एक्चुएटर्स के आधार पर रोल नियंत्रण प्रणाली को डिजाइन करने के लिए बैंग-बैंग नियंत्रण विधि का चयन किया गया था। इसका कारण यह है कि बैंग-बैंग नियंत्रण समय के अनुकूल और प्लाज्मा एक्चुएशन के प्रति असंवेदनशील है, जो वायुमंडलीय और विद्युत स्थितियों में जल्दी से भिन्न होता है। त्रि-आयामी एक्चुएशन का उपयोग करके रोलिंग मोमेंट नियंत्रण के लिए एक अन्य अध्ययन भी एक विमान पंख के लिए रिपोर्ट किया गया है जहां एक्चुएटर्स को अग्रणी-किनारे स्लैट, स्पॉइलर, फ्लैप और अग्रणी-किनारे एलेरॉन के रूप में नियोजित किया गया था। परिणाम से पता चलता है कि सर्पटाइन प्लाज्मा एक्चुएटर्स को कम रेनॉल्ड्स संख्या पर काम करने वाले उच्च-लिफ्ट उपकरणों (डी. बी. डी. स्लैट और डी. बी. डी. स्पॉइलर के रूप में) के रूप में नियोजित किया जा सकता है और वे कम बिजली की खपत के साथ सामान्य उड़ान पैंतरेबाज़ी के लिए एक पारंपरिक एलेरॉन के समान प्रभाव डाल सकते हैं। हीट ट्रांसफर प्लाज्मा-एक्चुएटेड हीट ट्रांसफर (या प्लाज्मा-असिस्टेड हीट ट्रांसफर) एक इलेक्ट्रोस्टैटिक फ्लूइड एक्सेलेरेटर (ई. एफ. ए.) जैसे कि डाइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज (डी. बी. डी.) प्लाज्मा एक्चुएटर या कोरोना डिस्चार्ज प्लाज्मा एक्चुएटर द्वारा सहायता प्राप्त गर्म सतहों को ठंडा करने की एक विधि है। प्लाज्मा-एक्चुएटेड हीट ट्रांसफर डी. बी. डी. प्लाज्मा एक्चुएटर और सुई प्लाज्मा एक्चुएटर के प्रस्तावित अनुप्रयोगों में से एक है। जबरन शीतलन सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अतिरिक्त गर्मी उत्पन्न करते हैं जिन्हें उपकरण की समय से पहले विफलता को रोकने के लिए हटाया जाना चाहिए। चूँकि उपकरण पर ताप होता है, इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए तापीय प्रबंधन का एक सामान्य तरीका एक थोक प्रवाह उत्पन्न करना है (उदाहरण के लिए बाहरी पंखों द्वारा) जो ठंडी, परिवेशी वायु को गर्म उपकरण के संपर्क में लाता है। एक शुद्ध ऊष्मा हस्तांतरण गर्म इलेक्ट्रॉनिक्स और ठंडी हवा के बीच होता है, जिससे इलेक्ट्रॉनिक्स का औसत तापमान कम हो जाता है। प्लाज्मा-एक्चुएटेड हीट ट्रांसफर में, ई. एफ. ए. प्लाज्मा एक्चुएटर थोक प्रवाह में एक द्वितीयक प्रवाह उत्पन्न करते हैं, प्लाज्मा एक्चुएटर के पास स्थानीय तरल त्वरण का कारण बनते हैं, और अंततः इलेक्ट्रॉनिक्स के पास थर्मल और वेग सीमा परत को पतला कर सकते हैं। परिणाम यह है कि ठंडी हवा को गर्म इलेक्ट्रॉनिक्स के करीब लाया जाता है, जिससे मजबूर वायु शीतलन में सुधार होता है। प्लाज्मा-एक्चुएटेड हीट ट्रांसफर का उपयोग मोबाइल उपकरणों, नोटबुक, अल्ट्रा-मोबाइल कंप्यूटर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स या अन्य अनुप्रयोगों में थर्मल प्रबंधन समाधान के रूप में किया जा सकता है जो समान मजबूर वायु शीतलन विन्यास का उपयोग करते हैं। फिल्म कूलिंग इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में जो काफी उच्च तापमान वाले वातावरण का अनुभव करते हैं जैसे कि गैस टरबाइन ब्लेड में सामना करना पड़ता है, थर्मल तनाव और संरचनात्मक विफलता को कम करने के लिए गर्म संरचनाओं को ठंडा किया जाना चाहिए। उन अनुप्रयोगों में, उपयोग की जाने वाली सबसे आम तकनीकों में से एक फिल्म कूलिंग है जहां एक माध्यमिक तरल पदार्थ जैसे हवा या किसी अन्य शीतलक को उच्च तापमान वाले वातावरण में सतह पर पेश किया जाता है। द्वितीयक द्रव सतह के साथ एक ठंडी, अवरोधक परत (या फिल्म) प्रदान करता है जो हीट सिंक के रूप में कार्य करता है, जिससे सीमा परत में औसत तापमान कम हो जाता है। चूंकि द्वितीयक तरल पदार्थ को सतह पर असतत छिद्रों पर सतह पर इंजेक्ट किया जाता है, इसलिए द्वितीयक तरल पदार्थ का एक हिस्सा सतह से उड़ा दिया जाता है (विशेष रूप से इंजेक्ट की गई हवा के उच्च गति अनुपात पर प्रवाह को पार करने के लिए), जिससे फिल्म शीतलन प्रक्रिया की प्रभावशीलता कम हो जाती है। प्लाज्मा-सक्रिय गर्मी हस्तांतरण में, ई. एफ. ए. प्लाज्मा एक्चुएटर्स का उपयोग एक गतिशील बल के माध्यम से द्वितीयक तरल पदार्थ को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है जो गर्म सतह पर द्वितीयक तरल पदार्थ के लगाव को बढ़ावा देता है और फिल्म शीतलन की प्रभावशीलता में सुधार करता है। मॉडलिंग प्रवाह नियंत्रण में प्लाज्मा एक्चुएशन का अनुकरण करने के लिए विभिन्न संख्यात्मक मॉडल प्रस्तावित किए गए हैं। सबसे महंगे से लेकर सबसे सस्ते तक की कम्प्यूटेशनल लागत के अनुसार उन्हें नीचे सूचीबद्ध किया गया है। मोंटे कार्लो विधि और कण-इन-सेल; नेवियर-स्टोक्स समीकरणों के साथ विद्युत मॉडलिंग; प्लाज्मा एक्चुएशन का अनुकरण करने के लिए नेवियर-स्टोक्स समीकरण सरोगेट मॉडल के साथ लम्प्ड तत्व मॉडल। प्लाज्मा एक्चुएटर्स की सबसे महत्वपूर्ण क्षमता तरल पदार्थ और बिजली को जोड़ने की इसकी क्षमता है। एक आधुनिक बंद-लूप नियंत्रण प्रणाली और निम्नलिखित सूचना सैद्धांतिक विधियों को अपेक्षाकृत शास्त्रीय वायुगतिकीय विज्ञानों पर लागू किया जा सकता है। गुहा प्रवाह नियंत्रण मामले के लिए प्रवाह नियंत्रण में प्लाज्मा सक्रियण के लिए एक नियंत्रण-उन्मुख मॉडल प्रस्तावित किया गया है। आयन थ्रस्टर सर्पेन्टाइन ज्यामिति प्लाज्मा एक्चुएटर विंगलेस इलेक्ट्रोमैग्नेटिक एयर व्हीकल डाइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज लिस्ट ऑफ़ प्लाज्मा (फिजिक्स) लेख संदर्भ प्लाज्मा प्रौद्योगिकी और अनुप्रयोग एक्चुएटर इलेक्ट्रोस्टैटिक्स