Wat is een plasma-actuator?
Een plasma-actuator is een vorm van geavanceerd servomechanisme dat voornamelijk wordt ontwikkeld voor besturingsoppervlakken van vliegtuigen vanaf 2011. Het actuatorsysteem gebruikt de stroom van plasma, een sterk geïoniseerd gas, om een gemakkelijk vormbaar oppervlak te creëren dat kan functioneren als typische rolroeren of kleppen doen op vliegtuigen, het creëren van slepen en heffen op belangrijke punten in vluchtmanoeuvres zoals opstijgen en landen. Het effect wordt gecreëerd door hoogspanningsafwisselende elektrische stroom en gebruikt normale lucht om het plasmagas zelf te creëren.
De specificaties voor een plasma-actuator volgen een rechthoekig, meerlagig pancake-achtig ontwerp in de algemene vorm van een vliegtuigvleugel. Twee vellen elektrodegeleiders worden gescheiden door een diëlektrisch isolatiemateriaal. Eén elektrodeblad wordt boven op het diëlektrische medium belicht en één wordt daarin ingebed en uit het midden van de andere elektrode. Lucht stroomt eerst over de blootgestelde elektrode en, terwijl hoogspanningsstroom door het systeem wordt geleid, vormt zich een plasmagebied van gas in de lucht direct achter de bovenste elektrode en boven de ingebedde elektrode, die vervolgens kan worden geregeld en gevormd om te beïnvloeden luchtstroom over het gehele actuatorgebied tijdens de vlucht. Dit bootst het effect van een mechanisch rolroer na zonder bewegende delen of hydraulische systemen te vereisen, terwijl het ook een meer veelzijdige vorm creëert met mogelijk grotere controle over de aerodynamica van het vliegtuig.
Het Air Force Research Laboratory (AFRL) in de VS doet al sinds 2006 onderzoek naar de plasma-actuator voor gebruik in supersonische vliegtuigontwerpen. Aangenomen wordt dat dergelijke apparaten een grotere betrouwbaarheid bieden dan traditionele mechanische kleppen met de waarschijnlijkheid van een lager gewicht voor de carrosserie van het voertuig, waardoor het grotere manoeuvreerbaarheid en langeafstandsmogelijkheden zou bieden. In onderzoek bij AFRL is de plasma-actuator getest in een windtunnel met snelheden tot vijf keer die van de geluidssnelheid.
De technologie voor een plasmaactuatorsysteem wordt vanaf 2011 als relatief praktisch beschouwd. Dit komt gedeeltelijk omdat plasmatechnologie vaak wordt gebruikt in consumentenapparatuur zoals fluorescentielampen en plasma-televisieschermen en de hoge temperaturen niet nodig hebben om het te genereren waar het op natuurlijke wijze wordt geproduceerd door sterren. De mogelijkheid om een plasmaveld met extreem hoge snelheden in en uit te schakelen, geeft de technologie ook een uniek voordeel bij vliegtuigmanoeuvres dat niet kan worden bereikt met conventionele hydraulische middelen.
Sommige van de beperkingen van de technologie bestaan nog steeds vanaf 2011. Voor het regelen van de stroomsnelheid voor de actuator moesten fluïdische oscillators worden toegevoegd, waarbij twee plasma-actuatorsystemen samenwerken om gepulseerde of gemoduleerde stromingsschema's te creëren. De functie van de actuatordelen is ook inherent gebaseerd op de dichtheid van het omringende gas dat wordt omgezet in een plasma, dus de hoogte voor vliegtuigen, evenals hun snelheid, kunnen directe effecten hebben op de prestaties die moeten worden verfijnd voordat er kan op worden gerekend dat het indien nodig op een betrouwbare manier presteert.