Plazma aktüatörü
Plazma aktüatörleri halihazırda aerodinamik akış kontrolü için geliştirilen bir aktüatör tipidir. Plazma aktüatör ionocraft ile aynı yolla kuvvet uygular.
Bu aktüatörlerin çalışması elektrotlardan geçen yüksek voltajlı alternatif akım uygulamaları tarafından asimetrik elektrot çifti arasındaki düşük sıcaklık plazmasının formasyonu dayanır. Sonuç olarak, elektrotların etrafını saran hava hava molekülleri iyonize olmuştur ve elektrik alanı tarafından ivmelenmiştir.[1]
Giriş
Plazma aktüatörlerinin atmoferik basınç altında üretilmesi güçlü elektrik alanı ve elektrik arkı sırasında ortaya çıkan ısı tarafından yüklenen kütle kuvveti, kuruluşun ve yerleştirilmenin basitliği gibi akış kontrolleri için umut vadeder. Özellikle, Roth (2003)[2] havanın atmosfer basıncında yeterli miktarlarda korlaşmış yük boşaltım plazmasının üretimi korlaşmış yük boşaltım plazmasının son icadı akış kontrolü performansının arttırılmasına yardım eder.
Alternatif akımın ya da doğru akımın enerji kaynakları ya da mikrodalga mikro boşaltımı plazma aktuatörlerinin farklı biçimleri için kullanılabilir.[3] Dielektrik maddenin yük boşaltım bariyeri için alternatif akım enerji kaynağının dizaynının şematiği burada örnek olarak verilmiştir. Plazma aktüatörlerinin performansı enerji girdisi ve yalıtkan madde tarafından belirlenir ve sonra metal oksit yarı iletkenli alan etkili transistörün (MOSFET) ya da yalıtılmış iki kutuplu kapı transistörünün (IGBT) niteliği tarafından sınırlandırılır.
Dalga biçiminin çalışması daha iyi bir etkinleştirme için daha uygun bir hale getirilebilir. Fakat, sinüzoidal dalga biçimi enerji kaynağının yapının kolaylığı için daha çok tercih edilebilir. Bir diğer getiri göreceli olarak daha az elektromanyetik girişimdir. Atım genişlik modülasyonu anında ayarlanan etkinleştirme gücü olarak benimsenebilir.[4]
Kapsüllenen elektrodun yönlendirilmesi ve kapsüllenen elektrodun yalıtkan maddenin katmanına doğru dağıtılması tarafında yalıtkan yük boşaltımı bariyer plazma aktüatörünün (DBD) performansının değiştiği gösterildi. İlk kapsüllenmiş elektrodun yalıtkan maddenin yüzeyine daha yakın yerleştirilmesi, verilen voltajdan kaynaklanan hızdan daha yüksek bir indüklenmiş hıza sebep olur. Buna ek olarak, sığ başlangıç elektrotlu aktüatörler akışının içindeki daha çok mekanik gücü ve daha çok momentumu bilgilendirebilir.[5]
Ne kadar fonlamanın yatırım yapıldığı fark etmeksizin ve çeşitli özel isteklerin sayının indüklenmiş yüksek hızı maksimumdur. Plazma aktüatörü tarafından atmosferik basınç durumunda herhangi bir mekanik amplifikatörün yardımı olmaksızın indüklenmiş ortalama hız hala 10 m/s den azdır.[6]
Sıcaklık etkisi
Plazma aktüatörleri ile donatılmış gerçek hayat hava araçları ile uğraşırken ısının etkisini hesaba katmak önemlidir. Uçuş sırasında karşılaşılan dış katmandaki sıcaklık değişikliklerinin aktüatörün performansında kötü etkisi olabilir. Bu sabit bir zirveden zirveye voltajı için bulunabilir. Aktüatör tarafından üretilen maksimum hız yalıtkan maddenin yüzeyinin sıcaklığına doğrudan bağlıdır. Buluntular aktüatörün sıcaklığı değiştirilerek performansın korunabileceğini hatta ve hatta farklı çevre koşullarına çevrilebileceğini önerir. Yalıtkan maddenin sıcaklığının yükselmesi, harcanan enerjiden biraz daha çok iken momentumun akısının yükselmesi ile plazma aktüatörünün performansını yükseltebilir.[7]
Akış kontrolü uygulamaları
Plazma aktifleştirmesinin bazı güncel uygulamaları bölgesel hale getirilmiş ark filament plazma aktüatörleri[8] kullanılarak yüksek hızda akış kontrolü, yalıtkan bariyer yük boşaltımı kullanılarak düşük hızda akış kontrolü[9] ve kayan yük boşaltımı içerir.[10] Plazma aktüatörlerinin bugünkü araştırması ana olarak üç yöne odaklanmıştır: (1) plazma aktüatörlerinin çeşitli dizaynları; (2) akış kontrol uygulamaları; (3) plazma aktifleştirmesi altında akış uygulamarının yönlü kontrol modeli. Ek olarak, olayın fiziksel iç yüzünün görülmesini sağlayan yeni deneysel ve sayısal metotlar[11] geliştiriliyor.
Girdap üreticisi
Plazma aktüatörü yerel akış hızının yönünde girdap düzleminden aşağı akıntının artmasını sağlayacak küçük sapmalara neden olur. Sonuç olarak, plazma aktüatörleri girdap üreticisi gibi hareket edebilir. Plazma aktüatörleri ve geleneksel girdap üreticileri arasındaki fark hiç hareketli mekanik parçanın olmaması ya da aerodinamik yüzeyde hiç delik açılmamasıdır. Bu plazma aktüatörünün önemli faydasını gösterir.
Aktif ses kontrolü
Aktif ses kontrolü normalde ses geçersiz kılma hoperlörünün aynı genlikte fakat orijinal ses ile ters fazlı ses dalgaları yollayan ses geçersiz kılmayı simgeler. Fakat, plazma ile aktif ses kontolü farklı bir stratejileri benimser. İlk strateji plazma yüzeyinden geçerken azaltılabilen ses basıncının keşfini kullanır. Daha geniş alanlarda kullanılan ikinci strateji akışın indüklenmiş sesinden sorumlu olan akış alanını plazma kullanarak aktif bir şekilde baskılamaktır. Tona uygun sesin[6] ve geniş bantlı sesin[9] dikkatlice dizayn edilmiş plazma aktüatörü tarafından aktif bir şekilde azaltılabileceği ispat edilmiştir.
Süpersonik ve hipersonik akış kontrolü
Plazma hipersonik akış kontrolüne uygulanmıştır.[12] İlk olarak, plazma çok düşük atmosfer basıncında, yüksek irtifada ve yüksek yüzey sıcaklığında hipersonik taşıtlar için çok daha kolay üretilebilir. İkinci olarak, klasik aerodinamik yüzey bu durum için çok küçük aktivasyona sahip olur .
Plazma aktüatöre aktif uçuş cihazları olarak ilgi mekanik parçalarının olmaması, hafif ve yüksek tepki frekanslı olmalarından dolayı hızla büyüyor. Yalıtkan yük boşaltma bariyer plazma aktüatörünün ayırt edici özelliği düzensiz şok tüpü tarafından üretilen akışa maruz kaldığında incelenmiştir. Araştırma plazma tarafından etkilenenin sadece şok tüpünün dışındaki kayma tabakası olmadığını fakat şok geçişinin önündekinden ve yüksek akış hızının arkasındakinden plazmanın özelliklerinin çokça etkilendiğini gösterir.[13]
Uçuş kontrolü
Plazma aktüatörleri uçak kanadına uçuş yüksekliğini ve sonra uçuş yörüngesini kontrol etmek için takılabilir. Klasik dümende ki elverişsiz dizayn, mekanik bakım çabaları ve hidrolik iletim sistemi böylelikle korunabilir. Ödenmesi gereken bedel ilk olarak elektromanyetik uyumluluk kuralına uygun bir yüksek voltaj güç elektrik sistemi dizayn edilmelidir. Bunun sonucu olarak, akış kontrolüne ek olarak, plazma aktüatörleri yüksek seviye uçuş kontrolünde potansiyeli sabit tutar.
Diğer yandan, tüm uçuş kontrol stratejisi plazma aktüatörlerin nitelikleri hesaba katılarak tekrar gözden geçirilmelidir. DBD plazma aktüatörü ile çalışan ilkel dönüş kontrol sistemleri şekilde gösterilmiştir.[14]
Plazma aktüatörlerinin uçak kanatlarının iki tarafına birden uygulandığı görülebilir. Dönüş kontrol dönüş açısının geri bildirimine göre plazma aktüatörünün aktif hale getirilmesi ile kontrol edilebilir. Kontrol metotlarının çeşitli geri bildirimlerine çalıştıktan sonra, bang-bang kontrol metodu plazma aktüatörlerine ile çalışan dönüş kontrol sistemlerinin dizaynı için seçilmiştir. Bunun nedeni bang-bang kontrol zamana uygun olması ve atmosferik ve elektriksel durumlardan kolayca etkilenen plazma etkinleştirmesinden etkilenmemesidir.
Modelleme
Çeşitli sayısal modeller akış kontrolünde plazma aktüatörlerinin benzetimi için önerildi. En pahalıdan en ucuza hesaplanan giderlere göre aşağıda listelendiler.
- Monte carlo yöntemine ek olarak partikül-hücre;
- Navier-Stokes denklemleri ile birleştirilen elektrik modellemesi;
- Stokes denklemleri ile birleştirilen katlanmış eleman yöntemi[15]
- Plazma etkinleşmesini uyarmak için vekil modeli.[11][16]
Plazma aktüatörlerinin en önemli potansiyeli sıvıları ve elektriği birleştirme yeteneğidir. Modern kapalı döngü kontrol sistemleri ve bunu takip eden teorik modellemeler göreceli klasik aerodinamik bilimine uygulanabilir. Akış kontrolünde plazma aktifleştirmesi için kontrol yönelimli model gedik akış kontrol durumları için önerildi.[17]
Ayrıca bakınız
- İyon iticisi
- Elektrostatik sıvı hızlandırıcı
- Serpantin geometri plazma aktüatörü
- Kanatsız Elektromanyetik Hava Aracı
- Dielektrik Bariyer Deşarj
- (Fizik) plazma listesi makaleler
Kaynakça
- ^ "James W. Gregory". 1 Mayıs 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Mayıs 2016.
- ^ Roth, J. R. (2003).
- ^ E. Moreau. (2007), Airflow control by non-thermal plasma actuators, J. Phys.
- ^ Huang, X., Chan, S., and Zhang, X. (2007).
- ^ Rasool Erfani, Zare-Behtash H., Hale C., Kontis K. Development of DBD plasma actuators: The double encapsulated electrode.
- ^ a b Huang, X., and Zhang, X. (2008).
- ^ Rasool Erfani, Zare-Behtash H., Kontis K. Plasma actuator: Influence of dielectric surface temperature.
- ^ Samimy, M., Kim, J. H., Kastner, J., Adamovich, I., and Utkin, Y. (2007).
- ^ a b Huang, X., Zhang, X., and Li, Y. (2010) Broadband Flow-Induced Sound Control using Plasma Actuators, Journal of Sound and Vibration, Vol 329, No 13, pp. 2477–2489.
- ^ Li, Y., Zhang, X. and Huang, X. (2010).
- ^ a b Ed Peers, Xun Huang, and Zhaokai Ma, (2010).
- ^ Shang, J.S. et al. (2005) Mechanisms of plasma actuators for hypersonic flow control.
- ^ Rasool Erfani, Zare-Behtash H., Kontis K. Influence of Shock Wave Propagation on Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator Performance.
- ^ Wei, Q. K., Niu, Z. G., Chen, B. and Huang, X.*, "Bang-Bang Control Applied in Airfoil Roll Control with Plasma Actuators", AIAA Journal of Aircraft, 2012, accepted (arXiv:1204.2491)
- ^ Young-Chang Cho, Wei Shyy. (2011).
- ^ Rasool Erfani, Tohid Erfani, Kontis K. and Utyuzhnikov S. Optimisation of multiple encapsulated electrode plasma actuator.
- ^ Xun Huang, Sammie Chan, Xin Zhang and Steve Gabriel. (2008).
