Plasma actuator
پلازما ایکچوایٹرز ایک قسم کے ایکچوایٹر ہیں جو فی الحال ایروڈینامک فلو کنٹرول کے لیے تیار کیے جا رہے ہیں۔ پلازما ایکچوایٹرز آئنو کرافٹ کی طرح طاقت فراہم کرتے ہیں۔ پلازما کے بہاؤ کے کنٹرول نے کافی توجہ مبذول کرائی ہے اور باؤنڈری لیئر ایکسلریشن، ایئر فوئل علیحدگی کنٹرول، فور باڈی علیحدگی کنٹرول، ٹربائن بلیڈ علیحدگی کنٹرول، محوری کمپریسر استحکام کی توسیع، حرارت کی منتقلی اور تیز رفتار جیٹ کنٹرول میں استعمال کیا گیا ہے۔ ان ایکچوایٹرز کا کام الیکٹروڈ کے پار ہائی وولٹیج اے سی سگنل کے اطلاق سے غیر متناسب الیکٹروڈ کے جوڑے کے درمیان کم درجہ حرارت والے پلازما کی تشکیل پر مبنی ہے۔ نتیجتا، الیکٹروڈ کے ارد گرد کی ہوا سے ہوا کے مالیکیول آئنائز ہوتے ہیں، اور برقی میدان کے ذریعے تیز ہوتے ہیں۔ ماحولیاتی حالات میں کام کرنے والے پلازما ایکچوایٹرز بہاؤ پر قابو پانے کے لیے امید افزا ہیں، بنیادی طور پر ان کی جسمانی خصوصیات کے لیے، جیسے کہ ایک مضبوط برقی میدان کے ذریعے پیدا ہونے والی جسمانی قوت اور برقی آرک کے دوران حرارت کی پیداوار، اور ان کی تعمیرات اور جگہوں کی سادگی۔ خاص طور پر، روتھ (2003) کی طرف سے گلو ڈسچارج پلازما ایکچوایٹرز کی حالیہ ایجاد جو ماحول کے دباؤ والی ہوا میں کافی مقدار میں گلو ڈسچارج پلازما پیدا کر سکتی ہے، بہاؤ پر قابو پانے کی کارکردگی میں اضافہ کرنے میں مدد کرتی ہے۔ بجلی کی فراہمی اور الیکٹروڈ ترتیب یا تو براہ راست کرنٹ (ڈی سی) یا متبادل کرنٹ (اے سی) بجلی کی فراہمی یا مائکروویو مائکرو ڈسچارج کو پلازما ایکچوایٹرز کی مختلف ترتیبات کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ڈائی الیکٹرک بیریئر ڈسچارج پلازما ایکچوایٹر کے لیے اے سی پاور سپلائی ڈیزائن کا ایک خاکہ یہاں ایک مثال کے طور پر دیا گیا ہے۔ پلازما ایکچوایٹرز کی کارکردگی کا تعین ڈائی الیکٹرک مواد اور پاور ان پٹ سے ہوتا ہے، بعد میں ایم او ایس ایف ای ٹی یا آئی جی بی ٹی کی خصوصیات سے محدود ہوتا ہے۔ ڈرائیونگ لہر کی شکلوں کو بہتر ایکٹیویشن (محرک بہاؤ کی رفتار) حاصل کرنے کے لیے بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ تاہم، بجلی کی فراہمی کی تعمیر میں سادگی کے لیے سینوسائڈل لہر کی شکل بہتر ہو سکتی ہے۔ اضافی فائدہ نسبتا کم برقی مقناطیسی مداخلت ہے۔ حرکت کی طاقت کو فوری طور پر ایڈجسٹ کرنے کے لیے پلس چوڑائی ماڈیولیشن کو اپنایا جا سکتا ہے۔ جکڑے ہوئے الیکٹروڈ کی ہیرا پھیری اور جکڑے ہوئے الیکٹروڈ کو ڈائی الیکٹرک پرت میں تقسیم کرنا ڈائی الیکٹرک بیریئر ڈسچارج (ڈی بی ڈی) پلازما ایکچوایٹر کی کارکردگی کو تبدیل کرنے کے لیے دکھایا گیا ہے۔ ابتدائی منسلک الیکٹروڈ کو ڈائی الیکٹرک سطح کے قریب تلاش کرنے کے نتیجے میں دی گئی وولٹیج کے لیے بیس لائن کیس سے زیادہ رفتار پیدا ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، اتلی ابتدائی الیکٹروڈ والے ایکچوایٹرز بہاؤ میں زیادہ مؤثر طریقے سے رفتار اور مکینیکل طاقت فراہم کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ اس بات سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ کتنی فنڈنگ کی سرمایہ کاری کی گئی ہے اور ہائی انڈیوسڈ سپیڈ کے مختلف نجی دعووں کی تعداد، مکینیکل ایمپلیفائر (چیمبر، کیوٹی وغیرہ) کے کسی معاون کے بغیر، ماحولیاتی دباؤ کی یقین دہانی پر پلازما ایکچوایٹرز کے ذریعہ زیادہ سے زیادہ، اوسط رفتار۔ )، اب بھی 10 میٹر/سیکنڈ سے کم ہے۔ درجہ حرارت کا اثر سطح کا درجہ حرارت ڈائی الیکٹرک رکاوٹ خارج ہونے والے پلازما ایکچوایٹر کی افادیت کو محدود کرنے میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ پرسکون ہوا میں ایکچوایٹر کے ذریعہ پیدا ہونے والا زور اطلاق شدہ وولٹیج کے پاور قانون کے ساتھ بڑھتا ہے۔ حد سے زیادہ وولٹیج کے لیے، پاور لا کا ایکسپونینٹ زور میں اضافے کو محدود کرتا ہے، اور کہا جاتا ہے کہ ایکچوایٹر "سنترپت" ہوتا ہے، جس سے ایکچوایٹر کی کارکردگی محدود ہوتی ہے۔ سیچوریشن کے آغاز کو فلیمینٹری ڈسچارج کے واقعات کے آغاز سے بصری طور پر مربوط کیا جا سکتا ہے۔ ڈائی الیکٹرک کے مقامی سطح کے درجہ حرارت کو تبدیل کر کے سنترپتی کے اثر میں ہیرا پھیری کی جا سکتی ہے۔ نیز، پلازما ایکچوایٹرز سے لیس حقیقی زندگی کے ہوائی جہاز سے نمٹنے کے دوران، درجہ حرارت کے اثر پر غور کرنا ضروری ہے۔ پرواز کے لفافے کے دوران درجہ حرارت میں ہونے والے تغیرات ایکچوایٹر کی کارکردگی پر منفی اثرات مرتب کر سکتے ہیں۔ یہ پایا گیا ہے کہ مستقل چوٹی سے چوٹی وولٹیج کے لیے ایکچوایٹر کے ذریعے پیدا ہونے والی زیادہ سے زیادہ رفتار براہ راست ڈائی الیکٹرک سطح کے درجہ حرارت پر منحصر ہوتی ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ایکچوایٹر کے درجہ حرارت کو تبدیل کرنے سے کارکردگی کو برقرار رکھا جا سکتا ہے یا مختلف ماحولیاتی حالات میں بھی تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ ڈائی الیکٹرک سطح کے درجہ حرارت میں اضافہ رفتار کے بہاؤ کو بڑھا کر پلازما ایکچوایٹر کی کارکردگی میں اضافہ کر سکتا ہے جبکہ تھوڑی زیادہ توانائی استعمال کر سکتا ہے۔ بارش کا اثر اگرچہ پلازما ایکچوایٹرز کو بہاؤ پر قابو پانے والے آلات کے طور پر ان کی کارکردگی کے لیے بڑے پیمانے پر نمایاں کیا گیا ہے، لیکن یہ خیال کہ وہ اوس، بوندا باندی یا دھول جیسے منفی حالات میں ناکام ہو سکتے ہیں، انہیں عملی استعمال میں کم مقبول بناتا ہے۔ اس سے پہلے کی اشاعتوں میں نمی، پانی کے چپکنے اور یہاں تک کہ آئسنگ کا اثر دکھایا گیا ہے۔ ایک حالیہ اشاعت نے کام کرنے والے پلازما ایکچوایٹر پر پانی کی بوندوں کو براہ راست چھڑک کر ہلکی بارش کی تقلید کی ہے اور کارکردگی میٹرک کے طور پر تھرسٹ ریکوری پر اس کے اثرات کو دکھایا ہے۔ یہ دکھایا گیا کہ گیلے ایکچوایٹرز تیزی سے پلازما کی چمک کو بحال کرتے ہیں، اور آہستہ آہستہ خشک ایکچوایٹر کے مقابلے میں زور کو دوبارہ حاصل کرتے ہیں۔ فلو کنٹرول ایپلی کیشنز پلازما ایکچوایشن کی کچھ حالیہ ایپلی کیشنز میں مقامی آرک فلامینٹ پلازما ایکچوایٹرز کا استعمال کرتے ہوئے تیز رفتار بہاؤ کنٹرول، اور بہاؤ کی علیحدگی اور تھری ڈی ویک کنٹرول اور ساؤنڈ کنٹرول اور سلائڈنگ ڈسچارجز کے لیے ڈائی الیکٹرک بیریئر ڈسچارجز کا استعمال کرتے ہوئے کم رفتار بہاؤ کنٹرول شامل ہیں۔ پلازما ایکچوایٹرز کی موجودہ تحقیق بنیادی طور پر تین سمتوں پر مرکوز ہے: (1) پلازما ایکچوایٹرز کے مختلف ڈیزائن ؛ (2) فلو کنٹرول ایپلی کیشنز ؛ اور (3) پلازما ایکچوایشن کے تحت فلو ایپلی کیشنز کی کنٹرول پر مبنی ماڈلنگ۔ اس کے علاوہ، جسمانی بصیرت فراہم کرنے کے لیے نئے تجرباتی اور عددی طریقے تیار کیے جا رہے ہیں۔ وورٹیکس جنریٹر ایک پلازما ایکچوایٹر مقامی بہاؤ کی رفتار میں خلل پیدا کرتا ہے، جسے نیچے کی طرف وورٹیکس شیٹ میں تیار کیا جائے گا۔ نتیجے کے طور پر، پلازما ایکچوایٹرز وورٹیکس جنریٹرز کے طور پر برتاؤ کر سکتے ہیں۔ اس اور روایتی بھنور کی نسل کے درمیان فرق یہ ہے کہ ایروڈینامک سطحوں پر کوئی مکینیکل حرکت پذیر حصے یا کوئی ڈرلنگ سوراخ نہیں ہوتے ہیں، جو پلازما ایکچوایٹرز کے اہم فائدے کو ظاہر کرتے ہیں۔ تین جہتی ایکچوایٹرز جیسے سرپینٹائن جیومیٹری پلازما ایکچوایٹر اسٹریم وائز اورینٹڈ ورٹیسز پیدا کرتے ہیں، جو بہاؤ کو کنٹرول کرنے کے لیے مفید ہیں۔ حالیہ کام نے ان ایکچوایٹرز کا استعمال کرتے ہوئے عبوری بہاؤ کے متحرک طریقوں میں ترمیم کرکے نمایاں ہنگامہ خیز ڈریگ میں کمی ظاہر کی۔ فعال شور کنٹرول عام طور پر شور کی منسوخی کی نشاندہی کرتا ہے، یعنی شور منسوخ کرنے والا اسپیکر اسی طول و عرض کے ساتھ لیکن اصل آواز میں الٹا مرحلے (جسے اینٹی فیز بھی کہا جاتا ہے) کے ساتھ صوتی لہر کا اخراج کرتا ہے۔ تاہم، پلازما کے ساتھ فعال شور پر قابو مختلف حکمت عملیوں کو اپناتا ہے۔ پہلا اس دریافت کا استعمال کرتا ہے کہ جب صوتی دباؤ پلازما شیٹ سے گزرتا ہے تو اسے کم کیا جا سکتا ہے۔ دوسرا، اور زیادہ وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا، پلازما ایکچوایٹرز کا استعمال کرتے ہوئے، بہاؤ کے میدان کو فعال طور پر دبانا ہے جو بہاؤ سے پیدا ہونے والے شور (جسے ایرواکاسٹکس بھی کہا جاتا ہے) کا ذمہ دار ہے۔ یہ ظاہر کیا گیا ہے کہ ٹونل شور اور براڈ بینڈ شور دونوں (فرق ٹونل بمقابلہ براڈ بینڈ کا حوالہ دے سکتا ہے) کو احتیاط سے ڈیزائن کردہ پلازما ایکچوایٹر کے ذریعے فعال طور پر کم کیا جا سکتا ہے۔ سپر سونک اور ہائپرسونک فلو کنٹرول پلازما کو ہائپرسونک فلو کنٹرول میں متعارف کرایا گیا ہے۔ سب سے پہلے، کافی کم ماحولیاتی دباؤ اور اعلی سطح کے درجہ حرارت کے ساتھ اونچائی پر ہائپرسونک گاڑی کے لیے پلازما پیدا کرنا بہت آسان ہو سکتا ہے۔ دوسرا، کلاسیکی ایروڈینامک سطح میں کیس کے لیے بہت کم حرکت ہوتی ہے۔ فعال بہاؤ کنٹرول آلات کے طور پر پلازما ایکچوایٹرز میں دلچسپی ان کے مکینیکل حصوں کی کمی، ہلکے وزن اور اعلی رسپانس فریکوئنسی کی وجہ سے تیزی سے بڑھ رہی ہے۔ ڈائی الیکٹرک بیریئر ڈسچارج (ڈی بی ڈی) پلازما ایکچوایٹر کی خصوصیات کا جائزہ لیا جاتا ہے جب شاک ٹیوب سے پیدا ہونے والے غیر مستحکم بہاؤ کے سامنے آتا ہے۔ ایک مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ نہ صرف شاک ٹیوب کے باہر شیر پرت پلازما سے متاثر ہوتی ہے بلکہ شاک فرنٹ کا گزرنے اور اس کے پیچھے تیز رفتار بہاؤ بھی پلازما فلائٹ کنٹرول پلازما ایکچوایٹرز کی خصوصیات کو بہت متاثر کرتا ہے تاکہ پرواز کے رویے اور اس کے بعد پرواز کے راستے کو کنٹرول کرنے کے لیے ایئر فوئل پر نصب کیا جا سکے۔ اس طرح کلاسیکی رڈر میں مکینیکل اور ہائیڈرولک ٹرانسمیشن سسٹم کے پیچیدہ ڈیزائن اور دیکھ بھال کی کوششوں کو بچایا جا سکتا ہے۔ ادا کرنے کی قیمت یہ ہے کہ کسی کو ای ایم سی کے اصول کو پورا کرنے کے لیے موزوں ہائی وولٹیج/پاور الیکٹرک سسٹم ڈیزائن کرنا چاہیے۔ لہذا، بہاؤ کے کنٹرول کے علاوہ، پلازما ایکچوایٹرز اعلی سطح کے فلائٹ کنٹرول میں صلاحیت رکھتے ہیں، خاص طور پر یو اے وی اور ماورائے ارضی سیارے (مناسب ماحولیاتی حالات کے ساتھ) کی تحقیقات کے لیے۔ دوسری طرف، پلازما ایکچوایٹرز کی خصوصیات کو مدنظر رکھتے ہوئے فلائٹ کنٹرول کی پوری حکمت عملی پر دوبارہ غور کیا جانا چاہیے۔ ڈی بی ڈی پلازما ایکچوایٹرز کے ساتھ ایک ابتدائی رول کنٹرول سسٹم تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ پلازما ایکچوایٹرز ایئر فوئل کے دونوں طرف تعینات ہوتے ہیں۔ رول اینگل فیڈ بیک کے مطابق پلازما ایکچوایٹرز کو چالو کرکے رول کنٹرول کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ مختلف فیڈ بیک کنٹرول طریقوں کا مطالعہ کرنے کے بعد، پلازما ایکچوایٹرز پر مبنی رول کنٹرول سسٹم کو ڈیزائن کرنے کے لیے بینگ-بینگ کنٹرول طریقہ کا انتخاب کیا گیا۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ بینگ-بینگ کنٹرول وقت کے لحاظ سے زیادہ بہتر اور پلازما ایکٹیوشن کے لیے غیر حساس ہے، جو ماحولیاتی اور برقی حالات میں تیزی سے مختلف ہوتے ہیں۔ تین جہتی ایکچوایشن کا استعمال کرتے ہوئے رولنگ مومنٹ کنٹرول کے لیے ایک اور مطالعہ ایک ہوائی جہاز کے ونگ کے لیے بھی رپورٹ کیا گیا ہے جہاں ایکچوایٹرز کو لیڈنگ ایج سلیٹ، بگاڑنے والا، فلیپ اور لیڈنگ ایج ایلیرون کے طور پر استعمال کیا گیا تھا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ سرپینٹائن پلازما ایکچوایٹرز کو کم رینالڈز نمبروں پر کام کرنے والے ہائی لفٹ ڈیوائسز (ڈی بی ڈی سلیٹ اور ڈی بی ڈی بگاڑنے والے کے طور پر) کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے اور وہ کم بجلی کی کھپت کے ساتھ عام پرواز کی چالوں کے لیے روایتی ایلیرون جیسا ہی اثر ڈال سکتے ہیں۔ حرارت کی منتقلی پلازما سے چلنے والی حرارت کی منتقلی (یا پلازما کی مدد سے گرمی کی منتقلی) گرم سطحوں کو ٹھنڈا کرنے کا ایک طریقہ ہے جس کی مدد الیکٹروسٹیٹک فلوئڈ ایکسلریٹر (ای ایف اے) جیسے ڈائی الیکٹرک بیریئر ڈسچارج (ڈی بی ڈی) پلازما ایکچوایٹر یا کورونا ڈسچارج پلازما ایکچوایٹر کرتے ہیں۔ پلازما سے چلنے والی حرارت کی منتقلی ڈی بی ڈی پلازما ایکچوایٹرز اور سوئی پلازما ایکچوایٹر کی مجوزہ ایپلی کیشنز میں سے ایک ہے۔ جبری ٹھنڈک تمام الیکٹرانک آلات اضافی حرارت پیدا کرتے ہیں جسے آلہ کی قبل از وقت ناکامی کو روکنے کے لیے ہٹانا ضروری ہے۔ چونکہ ہیٹنگ ڈیوائس پر ہوتی ہے، الیکٹرانکس کے لیے تھرمل مینجمنٹ کا ایک عام طریقہ بلک فلو (مثال کے طور پر بیرونی پنکھوں کے ذریعے) پیدا کرنا ہے جو ٹھنڈی، ماحول کی ہوا کو گرم ڈیوائس کے ساتھ رابطے میں لاتا ہے۔ خالص حرارت کی منتقلی گرم الیکٹرانکس اور ٹھنڈی ہوا کے درمیان ہوتی ہے، جس سے الیکٹرانکس کا اوسط درجہ حرارت کم ہوتا ہے۔ پلازما سے چلنے والی حرارت کی منتقلی میں، ای ایف اے پلازما ایکچوایٹرز بلک فلو میں ثانوی بہاؤ پیدا کرتے ہیں، پلازما ایکچوایٹر کے قریب مقامی سیال کی تیز رفتار کا سبب بنتے ہیں، اور بالآخر الیکٹرانکس کے قریب تھرمل اور رفتار کی حد پرت کو پتلا کر سکتے ہیں۔ نتیجہ یہ ہے کہ ٹھنڈی ہوا کو گرم الیکٹرانکس کے قریب لایا جاتا ہے، جس سے جبری ہوا کی ٹھنڈک میں بہتری آتی ہے۔ پلازما سے چلنے والی حرارت کی منتقلی کو موبائل آلات، نوٹ بکس، الٹرا موبائل کمپیوٹرز، اور دیگر الیکٹرانکس یا دیگر ایپلی کیشنز کے لیے تھرمل مینجمنٹ حل کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے جو اسی طرح کی جبری ہوا کولنگ ترتیبات استعمال کرتے ہیں۔ فلم کولنگ انجینئرنگ ایپلی کیشنز میں جو نمایاں طور پر اعلی درجہ حرارت کے ماحول کا تجربہ کرتے ہیں جیسے کہ گیس ٹربائن بلیڈ میں درپیش، تھرمل تناؤ اور ساختی ناکامی کو کم کرنے کے لیے گرم ڈھانچوں کو ٹھنڈا کیا جانا چاہیے۔ ان ایپلی کیشنز میں، استعمال ہونے والی سب سے عام تکنیکوں میں سے ایک فلم کولنگ ہے جہاں ایک ثانوی سیال جیسے ہوا یا کوئی اور کولینٹ کو اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں کسی سطح پر متعارف کرایا جاتا ہے۔ ثانوی سیال سطح کے ساتھ ایک ٹھنڈی، موصلیت پرت (یا فلم) فراہم کرتا ہے جو ہیٹ سنک کے طور پر کام کرتا ہے، جس سے باؤنڈری پرت میں اوسط درجہ حرارت کم ہوتا ہے۔ چونکہ ثانوی سیال کو سطح پر مجرد سوراخوں پر سطح پر انجکشن کیا جاتا ہے، اس لیے ثانوی سیال کا ایک حصہ سطح سے اڑا دیا جاتا ہے (خاص طور پر انجکشن شدہ ہوا کے کراس فلو کے اعلی رفتار کے تناسب پر)، جس سے فلم کولنگ کے عمل کی تاثیر کم ہو جاتی ہے۔ پلازما سے چلنے والی حرارت کی منتقلی میں، ای ایف اے پلازما ایکچوایٹرز کو ایک متحرک قوت کے ذریعے ثانوی سیال کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جو ثانوی سیال کو گرم سطح سے منسلک کرنے کو فروغ دیتا ہے اور فلم کولنگ کی تاثیر کو بہتر بناتا ہے۔ ماڈلنگ بہاؤ کے کنٹرول میں پلازما ایکٹیویشن کی تقلید کے لیے مختلف عددی ماڈل تجویز کیے گئے ہیں۔ سب سے مہنگے سے لے کر سب سے سستے تک، کمپیوٹیشنل لاگت کے مطابق وہ ذیل میں درج ہیں۔ مونٹی کارلو میتھڈ پلس پارٹیکل ان سیل ؛ نیویر-اسٹاکز مساوات کے ساتھ مل کر الیکٹرسٹی ماڈلنگ ؛ پلازما ایکٹیویشن کی تقلید کے لیے نیویر-اسٹاکز مساوات سروگیٹ ماڈل کے ساتھ مل کر لمپڈ عنصر ماڈل۔ پلازما ایکچوایٹرز کی سب سے اہم صلاحیت سیالوں اور بجلی کو جوڑنے کی صلاحیت ہے۔ ایک جدید بند لوپ کنٹرول سسٹم اور درج ذیل معلومات کے نظریاتی طریقوں کو نسبتا کلاسیکی ایروڈینامک سائنسز پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔ فلو کنٹرول میں پلازما ایکٹیویشن کے لیے کیوٹی فلو کنٹرول کیس کے لیے ایک کنٹرول پر مبنی ماڈل تجویز کیا گیا ہے۔ آئن تھرسٹر سرپینٹائن جیومیٹری پلازما ایکچوایٹر ونگ لیس الیکٹرو میگنیٹک ایئر وہیکل ڈائی الیکٹرک بیریئر ڈسچارج لسٹ آف پلازما (فزکس) مضامین حوالہ جات پلازما ٹیکنالوجی اور ایپلی کیشنز ایکچوایٹرز الیکٹروسٹیٹکس