MHD وتجنّب موجات الصدمة

الملحق 1: MHD

• الصفحة 1 -

1 - مقدمة حول مفهوم تجنّب موجات الصدمة

تم تقديم هذا المفهوم في بداية السبعينيات. ثم أدرك الحكومة الأمريكية أن MHD يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في المشاريع العسكرية المستقبلية. في نفس الوقت، أدرك العلماء الأمريكيون أن MHD كان له علاقة بالطيران فوق الصوتي. قرروا إخفاء المعلومات عن الجمهور. رسميًا، في الولايات المتحدة، تم التخلي عن MHD. تم التخلي عن MHD المدني. تم التخلي عن المشاريع الصناعية الكبيرة. ولكن في نفس الوقت، بدأت محاولة شديدة في السرية القصوى حول MHD العسكرية. تم اكتشاف هذه الحقيقة مؤخرًا (2001). يملك القارئ الحرية في الإيمان أو عدم الإيمان بهذه المعلومات. لقد أُخبرنا بما حدث في الولايات المتحدة بين عامي 1970 وحتى الآن من قبل علماء أمريكيين من الدرجة الأولى مشاركين في برامج سرية سوداء، مركزة في منطقة 51. يعتمد فقط الحجة الداعمة لهذه الادعاء على أساس علمي. حتى اليوم، لا يزال الناس لا يدركون العديد من الخصائص المهمة للغاية المتعلقة بـ MHD المطبقة على تدفق الغاز فوق الصوتي، مما سمح بقفزة رائعة وأساسية في الولايات المتحدة في منتصف السبعينيات. بعد ثلاثين عامًا من سيطرة الولايات المتحدة على العالم بفضل التكنولوجيا المتقدمة في مجالات متعددة (عسكرية)، بما في ذلك الطيران فوق الصوتي طويل المدى، حتى معدّل 12.

لا أعرف من سيقرأ هذا الملحق، الذي يتطلب معرفة متقدمة في ميكانيكا الموائع فوق الصوتية، ونظرية الخصائص، وMHD. تم نشر كتاب رائع في عام 1967 بعنوان "هندسة المغناطيسية والهيدרודيناميكية"؛ ساتون وشيرمان، شركة ماك غراو هيل للنشر.

لنعرض الآن بعض المفاهيم الأساسية.

في تدفق فوق الصوتي، يمكننا اعتبار "خطوط ماتش":

خطوط ماتش (أو أسطح ماتش) في تدفق فوق الصوتي

يتعلق زاوية هذه خطوط ماتش بقيمة السرعة المحلية.

تأثير زيادة السرعة على زاوية ماتش

إذا اعتبرنا تدفقًا فوق صوتيًا، فإن خطوط ماتش، أو "خطوط الخصائص"، هي حقيقية. إنها ترسم التدفق. ثم، أنبوب اختبار فوق صوتي ثنائي الأبعاد (مختبر تدفق فوق صوتي).

في القسم المتقارب، يكون السائل في حالة تحت صوتية. من الناحية الرياضية، خطوط الخصائص (أسطح ماتش) هي وهمية. تصل سرعة الصوت إلى الحلق أنبوب التدفق. ثم تصبح أسطح ماتش حقيقية. يمكننا رؤيتها:

تطور أسطح ماتش، أو خطوط ماتش، في أنبوب فوق صوتي.

في الأنبوب، تزداد السرعة باستمرار. في نفس الوقت، تقل زاوية ماتش (وهي تساوي 90 درجة في قسم الحلق). وهذا يتوافق مع "التغير الطبيعي" لنظام أسطح ماتش، الناتج عن امتداد تدفق فوق صوتي.

الآن، دعنا نفكر في تدفق فوق صوتي ثنائي الأبعاد حول جناح مسطح. يمكننا حساب نظام خطوط ماتش النظري، باستخدام نظرية الخصائص:

خطوط خصائص نظرية حول جناح مسطح غارق في تدفق غازي فوق صوتي.

هذا ليس فيزيائيًا. إنه "رياضيات بحتة" (حل لـ "نظام خصائص"). يظهر كيف تتصادم أسطح الخصائص، وتتراكم في بعض النقاط. إنها أسطح أساسية لتغير الضغط. في وسط التدفق، نرى حزمة امتداد كلاسيكية، حيث ينخفض الضغط ويتسارع الغاز. ولكن في مناطق أخرى، نرى كيف تتراكم أسطح ماتش وتنحني لتكوين موجات صدمة ملتصقة. الشكل التالي يتوافق مع حل فيزيائي حقيقي، مع موجات صدمة ملتصقة:

الظروف الفيزيائية مع موجات صدمة مائلة ملتصقة.

ثم: هذه الموجات الصدمة المائلة المُلتصقة.

ثم: هذه الموجات المائلة، بالإضافة إلى خطوط التدفق.

إذا كان الحافة الأمامية حادة، فإن موجات الصدمة الأمامية ملتصقة. انظر التفاصيل:

موجة صدمة أمامية ملتصقة بالقرب من الحافة الأمامية لجناح مسطح

إذا كانت الحافة الأمامية منحنية، فإن الوضع مختلف قليلاً. تشبه موجة الصدمة موجة صدمة من نوع "قوس".

موجة صدمة على الحافة الأمامية المنحنية.

من الناحية الكلاسيكية، لا يمكن تجنب هذه الموجات الصدمة. إنها تتوافق مع انخفاضات في الضغط ودرجة الحرارة. عندما يتجاوز عدد ماخ 3، لا يمكن للمواد تحمل تدفق الحرارة وتصبح بخارًا. في "المحركات الصاروخية"، يتم تبريد الحافة الأمامية باستخدام الهيدروجين السائل والأكسجين، مما يسمح بالطيران لفترة قصيرة بسرعة ماخ 5-6. لكن الطيران فوق الصوتي (ماخ 12) يُعتبر مستحيلًا من الناحية التكنولوجية. في عام 1947، ظهر ظاهرة المخلوقات الفضائية (UFOs) وطُرح سؤال غريب: هل من الممكن تحقيق هذه السرعات العالية؟ في روزويل، أعاد الأمريكيون استرداد آلة ساقطة، مما أثبت فورًا شيئين:

• كانت المخلوقات الفضائية حقيقية تمامًا

• جاءت من أنظمة كوكبية أخرى.

تم اتخاذ قرار بالحفاظ على سرية تامة حول هذا الموضوع. تم تطبيق سياسة قوية وفعالة من التضليل في الولايات المتحدة، وهي ما زالت سارية حتى الآن. على سبيل المثال، توضح ناسا على موقعها الرسمي أن المخلوقات الفضائية ليست سوى خدعة، بعد أكثر من 50 عامًا. استغرق الأمر وقتًا للAmericans لفهم أن MHD كانت المفتاح، الكلمة الرئيسية للطيران فوق الصوتي (والصامت). الطيران الصامت للمخلوقات الفضائية أظهر أن موجات الصدمة (والاضطرابات) تجنبت. لشرح ذلك، نشير إلى أعمال المؤلف الشخصية (التي تم تطويرها خلال السبعينيات والثمانينيات). تم إجراء هذه الأبحاث باستخدام معدات مختبرية بسيطة مقارنة بالجهود الضخمة الأمريكية، المخفية في مصانع تحت الأرض في منطقة 51. لكن هذا سيكون كافيًا لعرض الأفكار الأساسية. في الصورة التالية، "محول MHD خطي فاراداي" مع قناته MHD ومحطتيه.

محول MHD فاراداي

إذا أزلنا المحطتين، نحصل على هذا:

قناة فاراداي (تم إزالة المحطتين)

هنا، يعمل المحول كمولد MHD. يدخل التدفق فوق الصوتي القناة بسرعة V، مما يؤدي إلى مجال كهربائي مُولد E × B. يولد هذا المجال تيارًا كهربائيًا في الغاز، يمر عبر أحمال خارجية، مُمثلة. يمكن تحويل جزء من الطاقة الحركية للغاز إلى كهرباء. هذا يؤدي إلى تباطؤ الغاز. النظام المكون من السرعة، المجال الكهربائي، والقوة اللورنتزية الناتجة موضح أدناه:

مجال كهربائي وقوة مجال لورنتز في مولد MHD.

تتبع قوة لورنتز "قاعدة الأصابع الثلاثة":

هذه الفكرة الأولى مهمة جدًا. في الواقع، نرى أن مسرع MHD يبطئ سائلًا فوق صوتيًا. إذا تم إدارته بشكل مناسب، يمكننا تخيل أن معايير السائل يمكن تعديلها بشكل "ناعم"، بدون ظهور موجة صدمة. هذه هي الفكرة الأساسية لمفهوم الطيران فوق الصوتي، كما سنرى لاحقًا. ثم نعرض النمط المميز لخطوط ماتش في مولد MHD. تتغير زاوية ماتش باستمرار ولا توجد أي موجة صدمة.

تعديل بدون موجة صدمة لنظام خطوط ماتش، بسبب تأثير قوة لورنتز

هذه فكرة بسيطة جدًا، لكنها تم اعتبارها سرية عالية لفترة طويلة في جميع أنحاء العالم. من ناحية أخرى، يمكن استخدام محول MHD كمُسرع. لفعل ذلك، يكفي إدخال الطاقة الكهربائية لعكس التيار الكهربائي والحصول على قوى لورنتز تسارع. وبالتالي، يمكننا تعديل القيمة المحلية لزاوية ماتش. في مختبرّي عام 1967، حصلنا على تسارعات مذهلة على مسافات قصيرة.

الغاز يدخل القناة من اليسار وقوى لورنتز تساعده.

لنُظهر أن هذا لم يكن حلمًا. إليك مختبر MHD الخاص بي في السبعينيات في معهد ميكانيكا الموائع في مارسيليا، فرنسا.

مختبر MHD الخاص بي في السبعينيات. أمام: أقطاب كهربائية. إلى اليسار: مقياس موجات قديم من نوع تكترنيكس. أسفل: محول فاراداي مع محطات معلقة. بالإضافة إلى "إغنترون" المستخدم لتحويل التيار الكهربائي البالغ 50000 أمبير المنتج بواسطة بطارية مكثفات.

كان ذلك "مختبر تدفق قصير المدى" مستندًا إلى "أنبوب صدمة". تم دفع تدفق الأرجون المُحفز بالصدمة (200 ميكروثانية) في مختبر تدفق بمساحة ثابتة طوله 6 أمتار. تم تحريك الغاز وضغطه (الضغط بعد الضغط: 1 بار). تم تسخين الغاز حتى 10000 درجة كلفن، مما وفر توصيلًا كهربائيًا جيدًا (3000 مهوس/متر). كانت سرعة الغاز عند دخوله قنات MHD 2750 متر/ثانية. كانت القناة طولها 10 سم. خلال تجارب التسارع، وصلت سرعة الإخراج إلى 8000 متر/ثانية، مما أظهر كفاءة مذهلة لقوى لورنتز في تسريع الغاز باستخدام مجال مغناطيسي عالي (2 تسلا) وكثافات تيار كهربائي عالية جدًا. ثم كفاءة MHD الكلاسيكية:

كفاءة MHD. J هي كثافة التيار الكهربائي، B هو المجال المغناطيسي، L هي طول مميز، أدناه: كثافة الكتلة وv هي السرعة.

في بداية الثمانينيات، بدأ مهندس فرنسي، بيرتراند ليبرون، بدراسة الدكتوراه معّي. لقد قمت بتحديد الفكرة الأساسية للطيران فوق الصوتي بدون موجات صدمة. كانت هذه بحثًا مدنيًا، لكننا نعرف أن أبحاثًا مشابهة تُجرى سرًا في المختبر الشهير لورينس ليفيرمور، كاليفورنيا، في نفس الوقت. لقد قدمنا بالفعل النمط العام لخطوط ماتش المرتبطة بالتدفق فوق الصوتي النظري حول جناح مسطح. رأينا أننا يمكننا تعديل القيمة المحلية لزاوية ماتش من خلال اختيار مناسب لمجال قوة لورنتز. على سبيل المثال، يمكننا تسريع التدفق حول الحافة الأمامية باستخدام مجال مغناطيسي عرضي وقطبين كهربائيين جانبيين، كما يلي:

أقطاب تسارع بالقرب من الحافة الأمامية

ثم المجال المقابل لقوة لورنتز:

مجال قوة لورنتز

مع هذا الجهاز، كان من الممكن إلغاء موجة الصدمة الأمامية بالقرب من الحافة الأمامية الحادة، مما أظهر أن نظام موجات الصدمة يمكن تجنبه. هذا غيرّ بشكل عميق مشكلة الطيران فوق الصوتي. الهدف الجديد كان إلغاء موجات الصدمة حول جناح مسطح، مما يعني الحفاظ على خطوط ماتش متوازية:

رسالة ليبرون: الهدف

تم ترتيب ثلاث زوج من الأقطاب الكهربائية على نموذج الجناح المسطح:

رسالة دكتوراه ليبرون (1987)

أعلى: نمط مثالي لخطوط الخصائص (خطوط ماتش أو أسطح ماتش). إذا تم تطبيق مجال قوة لورنتز مناسب حول النموذج، كان من المتوقع أن يتم تجنب ظاهرة تركيز خطوط الخصائص. وقد تم إثبات ذلك من خلال حسابات الحاسوب وعرضها في عدة مؤتمرات دولية حول MHD (تسوكوبا، اليابان، بيكين، الصين، انظر المراجع والمواضيع المذكورة). يصبح النمط العام لخطوط ماتش على النحو التالي:

رسالة ليبرون. خطوط خصائص.

تم إنجاز هذا العمل في مختبر مدني، ولكن نحن نعرف أن الأمريكيين كانوا يفعلون الشيء نفسه في سرية تامة في نفس الوقت. في فرنسا، كانت السلطات مرتبكة من فكرة أن نتائج كهذه قد تكشف عن الطبيعة الفضائية للمخلوقات الفضائية، وانفجرت في غضب. تم إيقاف جميع الأبحاث المدنية. حاولت القوات المسلحة متابعة هذه البحث في مختبراتها السرية، لحسابها الخاص، لكنها فشلت بسبب نقص معرفتها. في هذه الأثناء، شهدت المشاريع الأمريكية تسارعًا كبيرًا. تم إجراء أبحاث متوازية بنشاط حول الطوربيدات والدفع تحت الماء. لتجنب إثارة ذهن القارئ، سنتحدث عن ذلك لاحقًا.

المراجع :

(1) ج. بي. بيت : « هل الطيران فوق الصوتي ممكن؟ » المؤتمر الدولي الثامن لإنتاج الكهرباء بالـ MHD. موسكو، 1983.

(2) ج. بي. بيت و ب. ليبرون : « إلغاء موجات الصدمة في غاز بواسطة تأثير قوة لورنتز ». المؤتمر الدولي التاسع لإنتاج الكهرباء بالـ MHD. تسوكوبا، اليابان، 1986.

(3) ب. ليبرون وج. بي. بيت : « إلغاء موجات الصدمة بواسطة تأثير MHD في التدفقات فوق الصوتية. تحليل قوي أحادي البعد مستقر وحجب حراري ». مجلة أوروبية لعلم الميكانيكا، B/السوائل، 8، العدد 2، ص 163-178، 1989.

(4) ب. ليبرون وج. بي. بيت : « إلغاء موجات الصدمة بواسطة تأثير MHD في التدفقات فوق الصوتية. تحليل مستقر ثنائي الأبعاد غير المتساوي. معيار مكافحة الصدمة، ومحاكاة أنابيب الصدمة لتدفقات متساوية ». مجلة أوروبية لعلم الميكانيكا، B/السوائل، 8، ص 307-326، 1989.

(5) ب. ليبرون : « منهجية نظرية لإلغاء موجات الصدمة التي تتشكل حول عائق حاد موضعه في تدفق أرجون مُحْمَّل شحنة كهربائية ». أطروحة الطاقة رقم 233. جامعة بوايير، فرنسا، 1990.

(6) ب. ليبرون وج. بي. بيت : « تحليل نظري لإلغاء موجات الصدمة بواسطة مجال قوة لورنتز ». مؤتمر دولي MHD، بيكين، 1990.

الملحق 1 (MHD)، الصفحة التالية