Akışkanlar - Fluidics

Üstte iki giriş akışı , ortada bir AND çıkış kovası ve altta bir XOR çıkış akışı bulunan bir modül .

Sıvıları veya akışkan mantık , bir kullanımıdır sıvı gerçekleştirmek için , analog ya da dijital ile gerçekleştirilen benzer işlemleri elektronik .

Akışkanların fiziksel temeli, akışkanlar dinamiğinin teorik temeline dayanan pnömatik ve hidroliktir . Terimi, flüidik cihazları herhangi olduğunda normal olarak kullanılan bir hareketli parça , örneğin, çok sıradan hidrolik bileşenler hidrolik silindirler ve makara valflar olarak veya sıvı cihazları olarak adlandırılır değildir.

Bir sıvı jeti, ona yandan çarpan daha zayıf bir jet tarafından saptırılabilir. Bu, elektronik dijital mantıkta kullanılan transistöre benzer şekilde doğrusal olmayan amplifikasyon sağlar . Yüksek düzeyde elektromanyetik girişime veya iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalan sistemlerde olduğu gibi, çoğunlukla elektronik dijital mantığın güvenilmez olacağı ortamlarda kullanılır .

Nanoteknoloji , akışkanları araçlarından biri olarak görür. Bu alanda, sıvı-katı ve sıvı-akışkan arayüzey kuvvetleri gibi etkiler genellikle oldukça önemlidir. Akışkanlar da askeri uygulamalar için kullanılmıştır.

Tarih

1920'de Nikola Tesla, akışkan diyot olarak çalışan bir kapak kanalı veya Tesla valfinin patentini aldı . Sızdıran bir diyottur, yani uygulanan herhangi bir basınç farkı için ters akış sıfır değildir. Tesla valfi, diyodiklik frekans bağımlılığına sahip olduğu için doğrusal olmayan bir tepkiye de sahiptir. AC'yi DC'ye dönüştürmek için tam dalga doğrultucu gibi sıvı devrelerinde kullanılabilir. 1957'de Harry Diamond Laboratories'den (daha sonra Ordu Araştırma Laboratuvarı'nın bir parçası haline gelen) Billy M. Horton , baca gazlarının yönünü küçük bir körük kullanarak yönlendirebileceğini fark ettiğinde ilk olarak akışkan amplifikatör fikrini ortaya attı. . Akış etkileşimi üzerine bir teori önerdi ve bir akışkan akışını farklı bir akışkan akışıyla saptırarak amplifikasyon elde edilebileceğini belirtti. 1959'da Horton ve ortakları Dr. RE Bowles ve Ray Warren sabun, muşamba ve ahşaptan çalışan bir girdap yükselticileri ailesi inşa ettiler. Yayınlanan sonuçları, birkaç büyük endüstrinin dikkatini çekti ve 1960'lar boyunca süren karmaşık kontrol sistemlerine akışkanların (daha sonra akışkan amplifikasyonu olarak adlandırılır) uygulanmasına yönelik bir ilgi artışı yarattı. Horton, ilk akışkan amplifikatör kontrol cihazını geliştirmek ve akışkanlar alanını başlatmak için kredilendirildi. 1961'de Horton, Warren ve Bowles, sıvı amplifikatör kontrol cihazını geliştirmek için ilk Ordu Araştırma ve Geliştirme Başarı Ödülü'nü alan 27 alıcı arasındaydı.

mantık öğeleri

Geçit işlevine güç sağlamak için elektrik yerine su kullanan mantık kapıları inşa edilebilir. Bunlar, doğru şekilde gerçekleştirmek için tek bir yönde konumlandırılmaya bağlıdır. Bir VEYA kapısı basitçe birleştirilen iki borudur ve bir DEĞİL kapısı (inverter), Ā üretmek için bir tedarik akışını saptıran "A" dan oluşur. AND ve XOR kapıları şemada çizilmiştir. A XOR 1 = Ā olarak XOR geçidi ile bir invertör de uygulanabilir.

Akışkan mantığın başka bir türü kabarcık mantığıdır . Kabarcık mantık kapıları, cihaza giren ve çıkan bitlerin sayısını korur, çünkü mantık işleminde, bilardo topu bilgisayar kapılarına benzer şekilde kabarcıklar üretilmez veya yok edilmez .

Bileşenler

Akışkan geri besleme osilatörünün iç akışını simüle eden bir video.

amplifikatörler

ABD Patenti 4,000,757'den her iki durumda akışı gösteren akışkan amplifikatör .

Akışkan kuvvetlendiricisinde, hava, su veya hidrolik akışkan olabilen bir akışkan kaynağı alttan girer. Basınç kontrol noktalarına Cı uygulanan 1 ya da Cı- 2 bu iki bağlantı noktası O yoluyla çıkar, böylece, akım yönünü değiştiren 1 ya da O 2 . Kontrol portlarına giren akış, saptırılan akıştan çok daha zayıf olabilir, bu nedenle cihazın kazancı vardır .

Bu temel cihaz, flip floplara benzer şekilde kullanılabilen akışkan osilatörlerinin yanı sıra diğer akışkan mantık elemanlarını oluşturmak için kullanılabilir . Böylece basit dijital mantık sistemleri oluşturulabilir.

Akışkan yükselteçleri tipik olarak düşük kilohertz aralığında bant genişliğine sahiptir, bu nedenle onlardan oluşturulan sistemler elektronik cihazlara kıyasla oldukça yavaştır.

triyotlar

Akışkan triyot , sinyali iletmek için bir akışkan kullanan bir amplifikasyon cihazıdır . Akışkan üçlüsü, 1962'de Heath Springs, SC'de bir lise öğrencisi olan Murray O. Meetze, Jr. tarafından icat edildi ve aynı zamanda bir akışkan diyot, bir akışkan osilatörü ve elektronik olmayan bir devre de dahil olmak üzere çeşitli hidrolik "devreler" inşa etti. karşılık. Akışkan triodlar , 1964 New York Dünya Fuarı'ndaki ana Genel Seslendirme sisteminde son aşama olarak kullanıldı .

Laboratuarda çok çalışılmasına rağmen, pratik uygulamaları azdır. Birçoğu bunların nanoteknolojinin temel unsurları olmasını bekliyor .

kullanır

1949'da inşa edilen MONIAC ​​Bilgisayarı , dijital bilgisayarların o sırada yapamadığı karmaşık simülasyonları yeniden oluşturabildiği için ekonomik ilkeleri öğretmek için kullanılan akışkan tabanlı bir analog bilgisayardı. On iki ila on dört, işletmeler ve öğretim kurumları tarafından inşa edildi ve satın alındı.

FLODAC Bilgisayar, 1964 yılında konsept akışkan dijital bilgisayarın bir kanıtı olarak üretildi.

Akışkan bileşenler, bazı otomotiv otomatik şanzımanları dahil olmak üzere bazı hidrolik ve pnömatik sistemlerde görülür . As dijital mantık daha endüstriyel kontrol kabul görmüştür, endüstriyel kontrol Fluidics'in rolü azaldı.

Tüketici pazarında, oyuncak püskürtme tabancalarından duş başlıklarına ve sıcak küvet jetlerine; tümü salınan veya titreşen hava veya su akışları sağlar.

Akışkan mantığı, bazı anestezik makinelerde olduğu gibi, hareketli parçası olmayan bir valf oluşturmak için kullanılabilir .

COVID-19 salgını için basınçla tetiklenen, 3D yazdırılabilir , acil durum ventilatörlerinin tasarımında akışkan osilatörler kullanıldı .

Akışkan yükselteçleri, basınçlı havayı bir çıkıştan diğerine hızla değiştirerek tahribatsız testler için ultrason üretmek için kullanılır.

Akışkan enjeksiyonu, uçakta yönü kontrol etmek için iki şekilde kullanılmak üzere araştırılmaktadır : sirkülasyon kontrolü ve itme vektörü . Her ikisinde de, daha büyük ve daha karmaşık mekanik parçalar, akışkanlardaki daha büyük kuvvetlerin, araçların yönünü değiştirmek için daha küçük jetler veya aralıklı olarak akışkan akışları tarafından yönlendirildiği akışkan sistemlerle değiştirilir. Sirkülasyon kontrolünde, kanatların arka kenarlarına yakın yerlerde kanatçıklar , elevatörler , elevonslar , flaplar ve flaperonlar gibi uçak uçuş kontrol sistemlerinin yerini sıvı akışları yayan yuvalar alır. Olarak itme vektörleme üzere jet motoru memeleri, döner parça jetleri akışkan akışını enjekte yuvaları ile değiştirilir. Bu tür sistemler, itme gücünü sıvı etkileri yoluyla yönlendirir. Testler, bir jet motoru egzoz akışına zorlanan havanın, itme kuvvetini 15 dereceye kadar saptırabildiğini gösteriyor. Bu tür kullanımlarda, akışkanlar daha düşük: kütle, maliyet (%50'ye kadar daha az), sürtünme (kullanım sırasında %15'e kadar daha az), atalet (daha hızlı, daha güçlü kontrol tepkisi için), karmaşıklık (mekanik olarak daha basit, daha az veya hiç yok) için arzu edilir. hareketli parçalar veya yüzeyler, daha az bakım) ve görünmezlik için radar kesiti . Bu muhtemelen birçok insansız hava aracında (İHA), 6. nesil savaş uçaklarında ve gemilerde kullanılacak .

BAE Systems , biri 2010 yılında başlayan Demon ve diğeri 2017 yılında başlayan MAGMA adlı iki akışkan kontrollü insansız hava aracını Manchester Üniversitesi ile test etti .

Octobot bir kavram kanıtı yumuşak bedenli otonom robot bir içeren mikro-akışkan mantık devresini , araştırmacılar tarafından geliştirilen Harvard Üniversitesi 'nin Biyolojik Mühendislik Inspired için Wyss Enstitüsü .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar