प्लाज्मा एक्ट्यूएटर

प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स प्रकार के एक्ट्यूएटर हैं जो वर्तमान में वायुगतिकीय प्रवाह नियंत्रण (द्रव) के लिए विकसित किए जा रहे हैं। प्लाज्मा (भौतिकी) प्रवर्तक इओनोक्रफ़्त के समान बल प्रदान करते हैं। प्लाज्मा प्रवाह नियंत्रण ने अधिक ध्यान आकर्षित किया है और इसका उपयोग सीमा परत त्वरण, एयरफॉइल पृथक्करण नियंत्रण, फोरबॉडी पृथक्करण नियंत्रण, टरबाइन ब्लेड पृथक्करण नियंत्रण, अक्षीय कंप्रेसर स्थिरता विस्तार, गर्मी हस्तांतरण और उच्च गति जेट नियंत्रण में किया गया है।

इन गति देनेवाला एक्चुएटर्स का कार्य इलेक्ट्रोड्स में उच्च-वोल्टेज एसी सिग्नल के अनुप्रयोग द्वारा असममित इलेक्ट्रोड की जोड़ी के बीच कम तापमान वाले प्लाज्मा के गठन पर आधारित है। परिणाम स्वरुप, इलेक्ट्रोड के आसपास की हवा से हवा के अणु आयनित होते हैं, और विद्युत क्षेत्र के माध्यम से त्वरित होते हैं।



परिचय
वायुमंडलीय परिस्थितियों में काम करने वाले प्लाज़्मा एक्ट्यूएटर्स मुख्य रूप से उनके भौतिक गुणों के लिए प्रवाह नियंत्रण के लिए आशाजनक हैं, जैसे कि शक्तिशाली विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित शरीर बल और विद्युत चाप के समय गर्मी की पीढ़ी, और उनके निर्माण और प्लेसमेंट की सादगी। विशेष रूप से, रोथ (2003) द्वारा ग्लो डिस्चार्ज प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स का हालिया आविष्कार जो वातावरण के दबाव में पर्याप्त मात्रा में ग्लो डिस्चार्ज प्लाज्मा का उत्पादन कर सकता है, हवा प्रवाह नियंत्रण प्रदर्शन में वृद्धि करने में सहायता करता है।



बिजली की आपूर्ति और इलेक्ट्रोड लेआउट
प्लाज़्मा एक्चुएटर्स के विभिन्न विन्यासों के लिए या तो प्रत्यक्ष धारा (डीसी) या प्रत्यावर्ती धारा (एसी) बिजली की आपूर्ति या माइक्रोवेव माइक्रोडिस्चार्ज का उपयोग किया जा सकता है। ढांकता हुआ बाधा निर्वहन प्लाज्मा एक्चुएटर के लिए एसी बिजली आपूर्ति डिजाइन का योजनाबद्ध उदाहरण के रूप में यहां दिया गया है। प्लाज्मा एक्चुएटर्स का प्रदर्शन ढांकता हुआ सामग्री और बिजली के इनपुट द्वारा निर्धारित किया जाता है, बाद में MOSFET या आईजीबीटी के गुणों द्वारा सीमित किया जाता है।

श्रेष्ठ क्रियान्वयन (प्रेरित प्रवाह गति) प्राप्त करने के लिए ड्राइविंग तरंगों को अनुकूलित किया जा सकता है। चूंकि, बिजली आपूर्ति निर्माण में सादगी के लिए साइनसॉइडल वेवफॉर्म श्रेष्ठ हो सकता है। अतिरिक्त लाभ अपेक्षाकृत कम विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप है। सक्रियण की ताकत को तुरंत समायोजित करने के लिए पल्स-चौड़ाई मॉडुलन को अपनाया जा सकता है।

एन्कैप्सुलेटेड इलेक्ट्रोड का हेरफेर और ढांकता हुआ परत भर में एन्कैप्सुलेटेड इलेक्ट्रोड को वितरित करना ढांकता हुआ बैरियर डिस्चार्ज (डीबीडी) प्लाज्मा एक्ट्यूएटर के प्रदर्शन को बदलने के लिए दिखाया गया है। ढांकता हुआ सतह के करीब प्रारंभिक एन्कैप्सुलेटेड इलेक्ट्रोड का पता लगाने से किसी दिए गए वोल्टेज के लिए बेसलाइन केस की तुलना में प्रेरित वेग अधिक होता है।

कोई फर्क नहीं पड़ता कि कितना धन निवेश किया गया है और उच्च प्रेरित गति के विभिन्न निजी दावों की संख्या, अधिकतम, औसत गति वायुमंडलीय दबाव दृढ़ विश्वास पर प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स द्वारा प्रेरित है, बिना किसी यांत्रिक एम्पलीफायर (चैंबर, कैविटी आदि) के सहायक के बिना। अभी भी 10 मीटर/सेकंड से कम है।

तापमान का प्रभाव
सतह का तापमान डाइइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज प्लाज्मा एक्चुएटर की उपयोगिता को सीमित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। प्रयुक्त वोल्टेज के शक्ति नियम के साथ शांत हवा में एक्ट्यूएटर द्वारा उत्पादित जोर बढ़ता है। थ्रेसहोल्ड से अधिक वोल्टेज के लिए, पावर-लॉ का एक्सपोनेंट थ्रस्ट वृद्धि को सीमित करता है, और एक्ट्यूएटर को "संतृप्त" किया जाता है, जो एक्ट्यूएटर के प्रदर्शन को सीमित करता है। फिलामेंटरी डिस्चार्ज घटनाओं की प्रारंभिक से संतृप्ति की प्रारंभिक को नेत्रहीन रूप से सहसंबद्ध किया जा सकता है। ढांकता हुआ के स्थानीय सतह के तापमान को बदलकर संतृप्ति प्रभाव में हेरफेर किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स से लैस वास्तविक जीवन के विमानों के साथ काम करते समय, तापमान के प्रभाव पर विचार करना महत्वपूर्ण है। उड़ान लिफाफे के समय तापमान में उतार-चढ़ाव का सामना एक्ट्यूएटर के प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है। यह पाया गया है कि लगातार पीक-टू-पीक वोल्टेज के लिए एक्ट्यूएटर द्वारा उत्पादित अधिकतम वेग सीधे ढांकता हुआ सतह के तापमान पर निर्भर करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि एक्चुएटर तापमान को बदलकर प्रदर्शन को बनाए रखा जा सकता है या विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों में भी बदला जा सकता है। ढांकता हुआ सतह का तापमान थोड़ा अधिक ऊर्जा की खपत करते हुए गति प्रवाह को बढ़ाकर प्लाज्मा एक्ट्यूएटर के प्रदर्शन को बढ़ा सकता है।

वर्षा का प्रभाव
चूंकि प्लाज्मा एक्चुएटर्स को प्रवाह नियंत्रण उपकरणों के रूप में उनके प्रदर्शन के लिए बड़े पैमाने पर चित्रित 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 प्रकाशन नमी का असर दिखा चुके हैं, जल आसंजन, और यहां तक ​​कि आइसिंग भी।  अभी के प्रकाशन ने काम कर रहे प्लाज्मा एक्ट्यूएटर पर पानी की बूंदों को सीधे छिड़क कर हल्की बारिश का अनुकरण किया है और प्रदर्शन मीट्रिक के रूप में थ्रस्ट रिकवरी पर इसका प्रभाव दिखाया है। यह दिखाया गया था कि गीले एक्ट्यूएटर्स प्लाज्मा चमक को जल्दी से ठीक कर लेते हैं, और धीरे-धीरे ड्राई एक्ट्यूएटर की तुलना में थ्रस्ट को फिर से प्राप्त कर लेते हैं।

प्रवाह नियंत्रण अनुप्रयोग
प्लाज्मा एक्चुएशन के कुछ हालिया अनुप्रयोगों में स्थानीय चाप फिलामेंट प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स का उपयोग करके उच्च गति प्रवाह नियंत्रण सम्मिलित है, और फ्लो सेपरेशन और 3डी वेक कंट्रोल के लिए डाइइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज का उपयोग करते हुए लो-स्पीड फ्लो कंट्रोल और ध्वनि नियंत्रण और स्लाइडिंग डिस्चार्ज। प्लाज्मा एक्चुएटर्स का वर्तमान शोध मुख्य रूप से तीन दिशाओं पर केंद्रित है: (1) प्लाज्मा एक्चुएटर्स के विभिन्न डिजाइन; (2) प्रवाह नियंत्रण अनुप्रयोग; और (3) प्लाज्मा एक्चुएशन के अनुसार प्रवाह अनुप्रयोगों का नियंत्रण-उन्मुख मॉडलिंग। इसके अतिरिक्त, नए प्रयोगात्मक और संख्यात्मक तरीके भौतिक अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए विकसित किए जा रहे हैं।

भंवर जनरेटर
प्लाज़्मा एक्चुएटर स्थानीय प्रवाह गति अस्तव्यस्तता को प्रेरित करता है, जिसे भंवर शीट के नीचे की ओर विकसित किया जाएगा। परिणाम स्वरुप, प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स भंवर जनरेटर के रूप में व्यवहार कर सकते हैं। इस और पारंपरिक भंवर पीढ़ी के बीच का अंतर यह है कि प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स के महत्वपूर्ण लाभ को प्रदर्शित करते हुए वायुगतिकीय सतहों पर कोई यांत्रिक चलती भागों या कोई ड्रिलिंग छेद नहीं हैं। तीन आयामी एक्चुएटर्स जैसे टेढ़ा ज्यामिति प्लाज्मा गति देनेवाला स्ट्रीमवाइज़ ओरिएंटेड भंवर उत्पन्न करते हैं, जो प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए उपयोगी होते हैं। हाल के काम ने इन एक्ट्यूएटर्स का उपयोग करके संक्रमणकालीन प्रवाह के ऊर्जावान मोड को संशोधित करके महत्वपूर्ण अशांत ड्रैग रिडक्शन दिखाया।



सक्रिय ध्वनि नियंत्रण
सक्रिय ध्वनि नियंत्रण सामान्य रूप से ध्वनि रद्दीकरण को दर्शाता है, अर्थात, ध्वनि -रद्द करने वाला स्पीकर समान आयाम के साथ ध्वनि तरंग का उत्सर्जन करता है, किन्तु मूल ध्वनि के लिए उल्टे चरण (एंटीफेज के रूप में भी जाना जाता है) के साथ। चूँकि, प्लाज्मा के साथ सक्रिय ध्वनि नियंत्रण विभिन्न रणनीतियों को अपनाता है। पहला व्यक्ति इस खोज का उपयोग करता है कि प्लाज्मा शीट से गुजरने पर ध्वनि दबाव को क्षीण किया जा सकता है।

दूसरा, और अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है, प्लाज़्मा एक्ट्यूएटर्स का उपयोग करके प्रवाह-प्रेरित ध्वनि (जिसे एरोअकौस्तिके भी किया जाता है) के लिए जिम्मेदार प्रवाह-क्षेत्र को सक्रिय रूप से दबाने के लिए है। यह प्रदर्शित किया गया है कि दोनों तानवाला ध्वनि और ब्रॉडबैंड ध्वनि (अंतर तानवाला बनाम ब्रॉडबैंड को संदर्भित कर सकता है) सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए प्लाज्मा एक्ट्यूएटर द्वारा सक्रिय रूप से क्षीण किया जा सकता है।

सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक प्रवाह नियंत्रण
प्लाज्मा को हाइपरसोनिक प्रवाह नियंत्रण के लिए प्रस्तुत किया गया है। सबसे पहले, बहुत कम वायुमंडलीय दबाव और उच्च सतह के तापमान के साथ उच्च ऊंचाई पर हाइपरसोनिक वाहन के लिए प्लाज्मा बहुत आसानी से उत्पन्न हो सकता है। दूसरे, मौलिक वायुगतिकीय सतह के स्थितियों में बहुत कम सक्रियता है।

यांत्रिक भागों, हल्के वजन और उच्च प्रतिक्रिया आवृत्ति की कमी के कारण सक्रिय प्रवाह नियंत्रण उपकरणों के रूप में प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स में रुचि तेजी से बढ़ रही है। सदमे ट्यूब द्वारा उत्पन्न अस्थिर प्रवाह के संपर्क में आने पर ढांकता हुआ बाधा निर्वहन (डीबीडी) प्लाज्मा एक्ट्यूएटर की विशेषताओं की जांच की जाती है। अध्ययन से पता चलता है कि न केवल शॉक ट्यूब के बाहर की कतरनी परत प्लाज्मा से प्रभावित होती है, किंतु शॉक फ्रंट का मार्ग और इसके पीछे उच्च गति का प्रवाह भी प्लाज्मा के गुणों को बहुत प्रभावित करता है।

उड़ान नियंत्रण
उड़ान के रवैये और उसके बाद उड़ान प्रक्षेपवक्र को नियंत्रित करने के लिए प्लाज़्मा एक्ट्यूएटर्स को एयरफ़िल पर लगाया जा सकता है। मौलिक पतवार में यांत्रिक और हाइड्रोलिक ट्रांसमिशन प्रणाली के बोझिल डिजाइन और रखरखाव के प्रयासों को इस प्रकार बचाया जा सकता है। भुगतान करने की कीमत यह है कि किसी को ईएमसी नियम को संतुष्ट करने वाले उपयुक्त उच्च वोल्टेज/पावर इलेक्ट्रिक प्रणाली को डिजाइन करना चाहिए। इसलिए, प्रवाह नियंत्रण के अतिरिक्त, प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स विशेष रूप से यूएवी और अलौकिक ग्रह (उपयुक्त वायुमंडलीय स्थितियों के साथ) जांच के लिए शीर्ष-स्तरीय उड़ान नियंत्रण में क्षमता रखते हैं।

दूसरी ओर, प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स की विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए संपूर्ण उड़ान नियंत्रण रणनीति पर पुनर्विचार किया जाना चाहिए। डीबीडी प्लाज्मा एक्चुएटर्स के साथ प्रारंभिक रोल कंट्रोल प्रणाली को चित्र में दिखाया गया है।

कठोर उड़ान नियंत्रण करने के लिए एनएसीए 0015 एयरफॉइल पर नियत डीबीडी प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स है।

यह देखा जा सकता है कि एयरफॉइल के दोनों किनारों पर प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स नियत हैं। रोल एंगल फीडबैक के अनुसार प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स को सक्रिय करके रोल कंट्रोल को नियंत्रित किया जा सकता है।

विभिन्न प्रतिक्रिया नियंत्रण पद्धतियों का अध्ययन करने के बाद, बैंग-बैंग नियंत्रण पद्धति को प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स के आधार पर रोल कंट्रोल प्रणाली को डिजाइन करने के लिए चुना गया था। इसका कारण यह है कि बैंग-बैंग नियंत्रण इष्टतम समय है और प्लाज़्मा क्रियाओं के प्रति असंवेदनशील है, जो जल्दी से वायुमंडलीय और विद्युत स्थितियों में भिन्न होता है।

विमान विंग के लिए त्रि-आयामी सक्रियण का उपयोग करते हुए रोलिंग पल नियंत्रण के लिए अन्य अध्ययन भी सूची किया गया है जहां एक्ट्यूएटर्स को अग्रणी-धार स्लैट, स्पॉइलर, फ्लैप और अग्रणी-किनारे एलेरॉन के रूप में नियोजित किया गया था। परिणाम बताते हैं कि सर्पेन्टाइन प्लाज्मा एक्ट्यूएटर को कम रेनॉल्ड्स नंबर पर काम करने वाले हाई-लिफ्ट डिवाइस (डीबीडी स्लैट और डीबीडी स्पॉइलर के रूप में) के रूप में नियोजित किया जा सकता है और सामान्य उड़ान पैंतरेबाज़ी के लिए पारंपरिक एलेरॉन का समान प्रभाव हो सकता है, कम के साथ बिजली की खपत है।

हीट ट्रांसफर
प्लाज़्मा-एक्चुएटेड हीट ट्रांसफर (या प्लाज़्मा-असिस्टेड हीट ट्रांसफर) इलेक्ट्रोस्टैटिक द्रव त्वरक (ईएफए) जैसे डाइइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज (डीबीडी) प्लाज्मा एक्ट्यूएटर या कोरोना डिस्चार्ज प्लाज्मा एक्ट्यूएटर द्वारा सहायता प्राप्त गर्म सतहों को ठंडा करने की विधि है। प्लाज्मा-एक्ट्यूएटेड हीट ट्रांसफर डीबीडी प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स के प्रस्तावित अनुप्रयोगों में से है, और सुई प्लाज्मा एक्ट्यूएटर है।

जबरन ठंडा करना
सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अतिरिक्त गर्मी उत्पन्न करते हैं जिसे उपकरण की समयपूर्व विफलता को रोकने के लिए हटा दिया जाना चाहिए। चूंकि डिवाइस पर हीटिंग होता है, इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए थर्मल प्रबंधन का सामान्य विधि बल्क फ्लो उत्पन्न करना है (उदाहरण के लिए बाहरी प्रशंसकों द्वारा) जो कूलर, परिवेशी वायु को गर्म डिवाइस के संपर्क में लाता है। गर्म इलेक्ट्रॉनिक्स और ठंडी हवा के बीच शुद्ध गर्मी हस्तांतरण होता है, जिससे इलेक्ट्रॉनिक्स का औसत तापमान कम हो जाता है। प्लाज्मा-एक्टीवेटेड हीट ट्रांसफर में, ईएफए प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स बल्क फ्लो के लिए सेकेंडरी फ्लो उत्पन्न करते हैं, प्लाज्मा एक्ट्यूएटर के पास स्थानीय द्रव त्वरण का कारण बनते हैं, और अंततः इलेक्ट्रॉनिक्स के पास थर्मल और वेलोसिटी बाउंड्री लेयर को पतला कर सकते हैं। नतीजा यह है कि कूलर की हवा को गर्म इलेक्ट्रॉनिक्स के करीब लाया जाता है, मजबूर एयर कूलिंग 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 एयर कूलिंग कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करते हैं।

फिल्म कूलिंग
इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में जो उच्च तापमान 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 फिल्म ठंडा करना है जहां उच्च तापमान वातावरण में सतह पर माध्यमिक तरल पदार्थ जैसे हवा या अन्य शीतलक प्रस्तुत किया जाता है। द्वितीयक द्रव सतह के साथ कूलर, इन्सुलेटिंग परत (या फिल्म) प्रदान करता है जो गर्मी सिंक के रूप में कार्य करता है, सीमा परत में औसत तापमान को कम करता है। चूँकि द्वितीयक द्रव को सतह पर असतत छेदों में सतह पर इंजेक्ट किया जाता है, द्वितीयक द्रव का हिस्सा सतह से उड़ जाता है (विशेष रूप से प्रवाह को पार करने के लिए इंजेक्शन वाली हवा के उच्च गति अनुपात पर), फिल्म शीतलन प्रक्रिया की प्रभावशीलता को कम करता है। प्लाज्मा-एक्टीवेटेड हीट ट्रांसफर में, ईएफए प्लाज्मा एक्ट्यूएटर्स का उपयोग गतिशील बल के माध्यम से द्वितीयक द्रव को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है जो द्वितीयक द्रव को गर्म सतह से जोड़ने को बढ़ावा देता है और फिल्म कूलिंग की प्रभावशीलता में सुधार करता है।

मॉडलिंग
प्रवाह नियंत्रण में प्लाज्मा क्रियाओं का अनुकरण करने के लिए विभिन्न संख्यात्मक मॉडल प्रस्तावित किए गए हैं। कम्प्यूटेशनल निवेश के अनुसार उन्हें सबसे बहुमूल्य से लेकर सबसे सस्ते तक नीचे सूचीबद्ध किया गया है। प्लाज्मा एक्चुएटर्स की सबसे महत्वपूर्ण क्षमता इसकी तरल पदार्थ और बिजली को जोड़ने की क्षमता है। आधुनिक बंद-पाश नियंत्रण प्रणाली और निम्नलिखित सूचना सैद्धांतिक विधियों को अपेक्षाकृत मौलिक वायुगतिकीय विज्ञानों पर प्रयुक्त किया जा सकता है। गुहा प्रवाह नियंत्रण स्थितियों के लिए प्रवाह नियंत्रण में प्लाज्मा सक्रियण के लिए नियंत्रण-उन्मुख मॉडल प्रस्तावित किया गया है।
 * मोंटे कार्लो विधि प्लस कण-इन-सेल ;
 * नेवियर-स्टोक्स समीकरणों के साथ युग्मित विद्युत मॉडलिंग;
 * नेवियर-स्टोक्स समीकरणों के साथ युग्मित तत्व मॉडल
 * प्लाज़्मा एक्चुएशन अनुकरण करने के लिए सरोगेट मॉडल।

यह भी देखें

 * आयन थ्रस्टर
 * टेढ़ा ज्यामिति प्लाज्मा गति देनेवाला
 * पंख रहित विद्युत चुम्बकीय वायु वाहन
 * ढांकता हुआ बाधा निर्वहन
 * प्लाज्मा (भौतिकी) लेखों की सूची