جدایش در بال (۶)

عملگر پلاسمایی SDBD

در دهه ­ی گذشته، توجه به عملگرهای پلاسمایی SDBD به عنوان ابزاری کارآمد برای کنترل جریان، افزایش چشم­گیری داشته است. مهمترین مزیت­های عملگر پلاسمایی نسبت به سایر روش­های کنترل جریان را می­توان تماماً الکتریکی بودن آن­ها و نداشتن هیچ قطعه­ی متحرک، داشتن پاسخ زمانی سریع برای کابرد­های ناپایا، وزن کم و قابلیت نصب بر روی هندسه های مختلف بدون بوجود آمدن برآمدگی یا فرورفتگی، دانست.

عملگر پلاسمایی SDBD از دو الکترود، یکی در تماس با هوا و دیگری پوشیده شده توسط یک ماده­ی دی­الکتریک، تشکیل شده است. شکل 2.4 نمونه­ای از این عملگر را نشان می­دهد. دو الکترود، تحت اعمال یک ولتاژ AC قرار گرفته که در دامنه­ی به اندازه­ی کافی زیاد، هوای مجاور الکترود پوشیده، تحت میدان الکتریکی ایجاد شده یونیزه می­گردد. هوای یونیزه را اصطلاحاً پلاسما می­گویند. به همین دلیل است که اینگونه عملگر­ها را عملگر­های پلاسمایی نام گذاشته­اند. هوای یونیزه شده از خود نور آبی مایل به بنفش تابش می­کند که در شکل 2.4 قابل مشاهده است.

شتاب­گیری ذرات هوای یونیزه شده، تحت میدان الکتریکی ایجاد شده از چینش الکترود­ها، موجب اعمال یک نیروی حجمی به هوای خنثی اطراف می­شود. با به کارگیری مناسب این نیروی حجمی، که جهت آن از الکترود روباز به الکترود سرپوشیده است، می­توان رفتار جریان سیال را کنترل نمود. شکل بردارهای سرعت میدان جریان پیرامون یک عملگر پلاسمایی SDBD را در هوای ساکن، روی یک صفحه­ی تخت، نمایش می­دهد. این شکل که به روش PIV بدست آمده است، از نتایج پژوهش صورت گرفته توسط پست و کورک می­باشد. همان­طور که در شکل مشاهده می­شود، بردار­های سرعت در محل عملگر، به سمت دیوار کشیده شده­اند. در نزدیکی دیوار، جریان در حال شتاب­گیری و حرکت به موازات دیوار و در جهت دور شدن از عملگر (از الکترود روباز به الکترود سرپوشیده) می­باشد که در نهایت، یک جت سیال در مجاورت دیوار به وجود می­آید.

عملگر های پلاسما به عنوان مهمترین روش جلوگیری از جدایش در پهپادهای آینده به شمار می روند که در حال تست و آزمایش هستند. در تصویر زیر بکار گیری این روش بر روی یک پهپاد آزمایشی و در ناحیه میانی بال دیده می شود :

پلاسما عملکرد بسیار خوبی در جلوگیری از جدایش دارد و تنها مانع بر سر استفاده گسترده هزینه و وزن تجهیزات آن است که پیشرفت های تکنولوژی استفاده بیشتر از این روش دور از ذهن نیست.

نیاز اصلی این تکنولوژی به تولید برق با ولتاژ بسیار بالاست (چند ده کیلو ولت)که در نمونه های جدید از کیت های زیر برای ایجاد این ولتاژ استفاده می شود.هم اکنون آزمایش های بسیاری بر روی این گونه عملگرها در حال انجام است که علاوه بر جلوگیری از جدایش جریان در کنترل هواپیما هم نقش دارند. در پهپاد زیرتکنولوژی پلاسما از لبه حمله بال مورد استفاده قرار گرفته تا بالاترین بازده خود را داشته باشد :

نتایج این آزمایش در نمودار زیر نشان داده شده است. با توجه به نمودار زیر عملگرهای پلاسما به شکل قابل توجهی زاویه واماندگی داشته است و رفتار جریان بسیار قابل پیش بینی تر است :