تدمير موجات الصدمة
كيف تدمّر موجات الصدمة
فكرة جان بيير بيت 100% من أوائل السبعينيات
21 نوفمبر 2003
عندما قدمت هذه المحاضرة في المدرسة العليا للطيران في تولوز في يونيو 2003، عرضت هذه الفكرة الأساسية، وفهمت فورًا من قبلهم وبالمدرسين في الميكانيكا السائلة فوق الصوتية الذين كانوا حاضرين.
ألاحظ، قبل استئناف عرض هذه الفكرة، أنها [موجودة]. افترض أنك قرأت بالفعل هذا الملف من يناير 2001 (والذي لا يجب أن يعرف المشاركين في اللقاء الذي تحدث عنه سزامس محتواه). لماذا توجد مدخل الهواء "المتحكم به بواسطة MHD"، المزودة بالطائرات التي تتحرك بسرعة فوق الصوتية، مثل أورورا (أنا أقول: تعمل منذ عام 1990) على الأعلى؟
النقطة الأولى: هذه الآلات مسطحة مثل اليد من الأعلى. راجع الصورة التي تظهر نموذجًا للطائرة أياكس، تم أخذها في المختبر الهوائي:
لا أخذت هذه الصورة أنا، بل... سزامس، في المقال الذي نشره في "هواء وكون" في نهاية عام 2000، قبل المؤتمر في بريتون، حيث شارك. تفصيل بسيط: بعد هذا المؤتمر، قال لي:
*- لقد كنت الشخص الوحيد الذي سمع عن MHD في هذا المؤتمر. شخصيًا، لم أسمع هذا الاسم حتى الآن. *
يجهل تاجر الأحذية أن المحادثات المهمة في المؤتمرات لا تحدث في القاعة، بل بين الخبراء، بعيدًا عن الأذان غير المرغوب فيها (أو ببساطة غير المؤهلة). دعنا نأخذ هذا الرسم ونوضح الخصائص والموجات الصدمة التي تتشكل حول الطائرة (ملاحظة بسيطة: الظاهرة الضوئية التي يمكن رؤيتها في اليسار الأقصى للصورة، بالقرب من حافة القيادة الحادة للطائرة، لا تتوافق مع موجة الصدمة، بل مع تفريغ كهربائي تم تطبيقه لقياس التأثيرات الحرارية في هذه المنطقة).
تتشكل موجات الصدمة في الجزء السفلي من الطائرة، وليس في الأعلى الذي "في تدفق الهواء". لوجود موجة صدمة، يجب أن يكون هناك تغيير في اتجاه السرعة. تم تصميم حافة القيادة لطائرة أورورا-أياكس بحيث تكون الجزء العلوي مماسًا للخطوط المدروسة في اتجاه تدفق الغاز.
في الجزء السفلي، نجد موجتين صدمتين، والثانية تبدأ من الحافة المائلة لمدخل الهواء (مشابهة جدًا لتلك الموجودة في "كونكورد"، والتي تؤدي إلى محركات توربينية* تقليدية*!
عندما تزداد سرعة الطائرة، يختلف ارتفاع درجة الحرارة بشكل عام مثل مربع عدد ماخ. في لحظة معينة، بعد ماخ 3، لا يمكن استخدام مدخل الهواء السفلي، وإلا سيتبخر غاز الهواء من أوراق التوربينات التي تشكل الضاغط. عند عدد ماخ عالي (عشرة-اثنا عشر)، سيكون هذا الارتفاع في درجة الحرارة كبيرًا لدرجة أن حتى مدخل الهواء لمحرك التوربين الصوتي (المحرك الذي يحترق في الوضع فوق الصوتي)، المبرد بواسطة تدفق وقود مخزن في الحالة السائلة، لن يستطيع تحمله. نظرية المحرك الصوتي (المحرك الذي يحترق في الوضع فوق الصوتي)، التي يروج لها الأمريكيون في مشاريعهم، هي مجرد تضليل جميل، واليوروبيون يندمجون فيها بسرعة. الكاتب الصحفي الجوي بيرنارد توانيل، الذي لا يمتلك معرفة في MHD، يدعم بالتأكيد (لأن... هذا موجود في الإنترنت).
لذلك، سيتم إغلاق مدخل الهواء السفلي، وستوفر الضغط الزائد الناتج عن موجة الصدمة الرفع. هذه الطائرات "تطفو" على موجة الصدمة السفلية، وتُعرف بـ "wave-riders". يعود مفهومها إلى... الخمسينيات، ابحث عن ذلك، عندما كان يُخطط لـ "احتراق خارجي"، تحت الطائرة، خلف موجة الصدمة (لكن للأسف، "يُسخّن الطيور الصغيرة، إذا كانت موجودة بالفعل في هذه الارتفاعات).
يتم فتح مدخل هواء في الجزء العلوي، وشكله يشبه خروج بعض الطابعات الليزرية. أمامه، قسم طويل مزود بمولد MHD جانبي (انظر كتابي). يولد هذا المولد الكهرباء، والتي سيتم إعادة توجيهها لاحقًا إلى الخلف من الطائرة، في قسم "الأنبوب الموجه جزئيًا"، في "النهاية المغلقة"، لزيادة دفع الدفع للنفاثة. هذا هو نظام "الجسر MHD" (MHD bypass)، وهو مصطلح انتبه إليه سزامس في عام 2000 (لكن معناه كان بعيدًا عنه في ذلك الوقت). كان هناك كمية كبيرة من المعلومات في هذا المقال المكون من ألكسندر سزامس، حيث ذكر، منذ عام 2000، أهمية تأثير هول (لديه: من العبرية، كما لدى توانيل أيضًا). يجب أن أعترف أن محتوى مقال سزامس، الذي يتوافق مع تصريحات أدلى بها الروسي فرايستادت، مبادر مشروع أياكس، كان قد دفعني لزيارة بريتون واتجاه أسئلتي للمهندسين الأمريكيين الحاضرين هناك، بما في ذلك توانيل، الذي تسرع في الإفصاح عن اسمه للجميع.
تتم هذه الإنتاج الكهربائي على حساب الطاقة الحركية للغاز، مما يؤدي إلى إعادة ضغطه بلطف، وليس عبر موجة صدمة، والتي يجب تجنبها تمامًا (وهذا غير ممكن إذا تم معالجة الجزء السفلي من الطائرة، وهو تضليل آخر تم تطبيقه من قبل الأمريكيين والروس في المؤتمرات، والخبراء الفرنسيين يسقطون فيه بسرعة). هنا تُطبّق فكرة جان بيير بيت: تجنب ظهور موجة صدمة عن طريق منع الميزات من التداخل، لأن تداخلها بالضبط هو ما يؤدي إلى ظهور هذه الموجات غير المرغوب فيها. ثم يتم إنشاء "مروحة تمدد" كلاسيكية، والتي يعرفها الطلاب في سوباير جيدًا. إليك ما سيحدث بالقرب من هذا مدخل الهواء MHD دون أن يدخل في "مكابح-مولد MHD":
يُعيد "مُستعرض مائل" (يظهر في الأسفل والجانب الأيمن) توجيه الميزات، ويُحدث تداخلًا في سطوح ماخ، ويُسبب تراكم هذه الاضطرابات الضغطية. يتم تبطئ الغاز، وإعادة ضغطه، لكن تظهر موجة صدمة. مكان التداخل هو حيث تتشكل هذه الموجة.
"مروحة تمدد" (يظهر في الأعلى والجانب الأيمن) تسرع الغاز، وترفع عدد ماخ. تتفتح خطوط ماخ ولا يمكن أن تتداخل، وبالتالي لا تُشكل موجة صدمة. هذه ميكانيكا سائلة قبل الحرب العالمية الثانية. إذا لم يكن المولد MHD متصلاً، فإن مروحة تمدد مدخل الهواء ستسمح للغاز بالدخول، وهو يتحرك بسرعة هيبيرسونيك، بسرعة أكبر، وعدد ماخ أعلى في مستوى الضاغط: مستحيل (على الرغم من أن مداخل الهواء، المُستترة، لها خاصية منع عودة موجات الرادار إلى أوراق التوربينات، وبالتالي فهي "مخفية" (انظر الطائرة الأمريكية X-47A، حيث تظهر صورتها، مُعدّلة بشكل غير دقيق من قبل المُصنّع، على غلاف كتابي.
الصورة الأمامية لطائرة X-47A
فيما يلي، نفس الطائرة، طائرة مُسيرة، من الجانب:
الصورة الجانبية لطائرة X-47A
يمكن رؤية كيفية منع مدخل الهواء المستتر من عودة موجات الرادار التي تصيب أوراق التوربينات (وهي التي تمثل أكبر عائق بالنسبة للخفاء. لاحظ أن هذه الطائرة مسألة في حد ذاتها. كيف يمكن لدخول هواء كهذا أن يعمل بسرعة فوق الصوتية؟ يبدو مستحيلًا من البداية. ولكن إذا كانت طائرة مُسيرة قتالية (وهي مقدمة كهذه من قبل الأمريكيين، ولكن دون أي توضيح عن أداءها)، هل ستكون حتى مُتعددة الاتجاهات (على الرغم من أن أنبوبها لا يبدو "موجهًا"، أي بخسارة موجهة) ... منخفضة السرعة؟ B2 تمثل، بجانب B-52 الشهيرة، المركبة الأكثر تعقيدًا. ومع ذلك، يتم عرضه كطائرة منخفضة السرعة. هل هو كذلك حقًا؟ لا يتم تناول هذه المشكلات من قبل الصحفيين الجويين، وبييرنارد توانيل هو واحد منهم. ومع ذلك، كان عليهم طرح هذه الأسئلة.
لكن دعنا نعود إلى "فك الشفرة" للطائرات الهيبيرسونيك الأمريكية وسر مدخل الهواء المُتحكم به بواسطة MHD. في الصورة المركزية، يتم عرض تطور سطوح ماخ في مدخل الهواء، دون تدخل القوى الكهرومغناطيسية J x B المرتبطة بعملية المولد MHD الجانبي الطبيعي.
إذا قمنا الآن بدمج تأثير وجود مروحة التمدد وتأثير تباطؤ الغاز بواسطة قوى لابلاس، يمكننا، بشرط اللعب بعناية (كثيرة من أطروحات الدكتوراه لقسم الفيزياء الذي يعاني حاليًا من انخفاض كامل بسبب نقص الأفكار الجديدة)، إعادة توجيه هذه الميزات بشكل تدريجي والخاصة بسطوح ماخ، منعها من التداخل في الأنابيب، وبالتالي دون ظهور موجات صدمة. عندما يتم تسوية هذه الميزات تمامًا، وتصبح عمودية على خطوط تدفق السائل، فإن الفوز حاسم: أنت في سرعة أقل من الصوت ويمكنك إرسال هذا الغاز، المُعاد ضغطه ولكن ليس مُسخّنًا، إلى أوراق التوربينات التقليدية للطائرة. ثم يخدم نفس المحرك الإقلاع، الطيران فوق الصوتي حتى ماخ 3.5، والطيران الهيبيرسونيك حتى ماخ 12. رائع، أليس كذلك؟ ما هو مذهل هو أن الطاقة المطلوبة لتبطؤ الغاز وتقديمه بضغط مناسب في مدخل التوربين تُقدّم... من قبله نفسه! هذا مفهوم كان موجودًا بالفعل بشكل صريح في أطروحة برتراند ليبرون عام 1986، وفي المنشورات العلمية التي تلتها. لكنني لست متأكدًا تمامًا من أن الأشخاص في DGA (الجيش) أو في ONERA (المكتب الوطني للدراسات والبحوث الجوية) فهموا تمامًا هذا المفهوم (حيث يتم التحدث بخفة عن "تقليل مقاومة الموجة"). على العكس من ذلك، بعد هذه الأطروحة، أوضح الباحث بيرنارد فونتين (الذي كان من قبل في معهد ميكانيكا السوائل حيث عملت من عام 1965 إلى عام 1972، ثم أصبح مدير قسم العلوم الفيزيائية للمهندسين في CNRS) لي هاتفياً "أنه من غير الممكن أن يجد مكانًا في أي مختبر بحثي فرنسي، لأن ليبرون عمل معي".
في الوقت نفسه، يرافق التأثير القوي لتأثير هول المرتبط بعملية المولد في كثافة منخفضة (الضغط المحيط: ملليمتر واحد من الزئبق) إنشاء جهد عالي، والذي يتم إرساله ببساطة إلى حافة القيادة للطائرة، مما يخلق وسادة بلازما واقية (التجربة المقابلة للصورة لنموذج أياكس في المختبر الهوائي). تُقلل هذه التأثيرات الحرارية من موجة الصدمة الأمامية. ولكن هذه الموجة لا تتشكل باستمرار. ففي أثناء الطيران المستقر لهذه الطائرة الاستطلاعية الهيبيرسونيك، تكتسب الطائرة زيادة في السرعة، مما يدفعها إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي، إلى ارتفاع 120 كم، حيث الهواء شديد التخفيف بحيث يصبح تدفق الحرارة مهملًا. تطير أورورا بالتالي بالارتطام بالطبقات المنخفضة (كل شيء نسبي: 80 كم من الارتفاع) طائرًا مثل حجر صغير يرتطم "على سطح الغلاف الجوي العالي". وبالتالي، يمر الطيارون بفترات من زيادة في وزنهم وفترات من انعدام الجاذبية، خلال مسارات قطع مكافئ مع فترة تصل إلى بضع عشرات من الثوانٍ (انظر الملف المخصص لـ Hypersoar، على موقعه). هم معتادون، لكن في النسخة المدنية لهذه الطائرات، سيكون من الضروري أن يأخذ الركاب دوائياً مثل الدرامامين أو يتم تزويدهم بحقائب عملية بعناية.
في المبدأ، يمكن لأي طالب فهم هذه الأفكار. في الممارسة، أمر مختلف تمامًا. هناك مشاكل هائلة خلفها، والتي أعرف طبيعتها وحلولها، تمامًا كما يفعل زملائي الأمريكيون (والروس). كان هذا أحد المواضيع التي ناقشناها في بريتون، لكنني لم أعتقد مناسبًا الإعلان عنها في كتابي. سأترك الفرنسيين يدفعون ثمن غبائهم بالانغماس في هذه الرمال المتحركة التي لا يشكرون حتى في وجودها. لا تتوقعوا مني أن أشير إلى الحلول، والتي لا توجد في أي ملاحظات مكتوبة، وقمت بتحريها فقط للطلاب في سوباير خلال ندوتي في يونيو 2003 في المدرسة.
كل التوفيق، الأصدقاء. درس هذه الحالة هو أن، من ناحية، كما قال رجلٌ ما يسوع عند خروجه من المعبد في كفر ناحوم "لا يُعتبر نبي في وطنه". من ناحية أخرى، الأفكار الحقيقية الثورية تستغرق عقودًا لتُطبق في البلدان التي يحكمها المحافظة كقاعدة مطلقة (مع إضافة تأثير مُتفاقم من سيطرة كل البحث في المجال على أشخاص من أصل ... المدرسة العليا للهندسة). هل تتذكرون الجملة التي قالها بوانكاريه:
*- إذا أردت تدمير القوة العسكرية لألمانيا، أنشئ لها مدرسة هندسية (غيلبرت بايان من هذا "القالب"). *
لقد اتجهت خلال السنوات الخمس عشرة التالية إلى علم الفلك والكونيات. ولكن أخشى أن حتى هناك، على الأقل في فرنسا، أتحدث بسرعة كبيرة. انظر "يوميات عالم مغامر"، في طور الإعداد.
في الواقع، حلتي الحالي، بعد التخلي عن هذه المجالات في عام 2001، كان الاتجاه نحو علم الآثار المصري. أعمل حاليًا لنشر أبحاثي في هذا المجال (وقد لا يكون هذا سهلاً)، حيث أعتقد أنني كشفت جميع أسرار إيموثيب المتعلقة بطريقة بناء الأهرامات (لا تقلق: لا يتعلق الأمر بالجاذبية المعاكسة).
أحدى القصص الأخيرة: هل تعرف من نحن ممتنين لظهور سلسلة لانتورلو؟ لـ هوبيرت كوريين، الذي كان يقود في ذلك الوقت وكالة الفضاء الفرنسية (Cnes) حيث كان إستيرل و زابولي يحاولون بجد لتطوير فكرة MHD الأولى الخاصة بي (مع موافقة بايان والجيش). طلبت منه التدخل، وقلت له:
*- فريقك اختار عدم استخدام خدماتي، على الرغم من عدم كفاءتهم في هذا المجال. هناك فرصة كبيرة أنهم سيواجهون فشلاً (وهذا حدث فورًا، كما سيُظهر). حسناً، إذا لم تتدخل، سأوجه إبداعي ووقتي الحر إلى التوعية العلمية. ستجد في المرفقات المخطوطات الأولى للكتب التي يمكن أن تشكل سلسلة. *
كوريين (الذي توفي الآن) لم يرد أبدًا على رسالتي.
**ملاحظة أخيرة. **
باستخدام ماسح الصور الخاص بي بدقة 1200 dpi، حاولت تكبير الصورة المُعاد إنتاجها في عدد VSD وتم تقليلها بشكل كبير من قبل توانيل. من خلال تكبير العينين، استطعت قراءة النصوص، حذفها وإعادة تكوينها لتصبح قابلة للقراءة. إليك هذه الصورة:
يُفترض أن هذه هي مخطط مشروع أياكس. إذا كانت حافة القيادة مائلة، وهو ما لم يتم توضيحه ولكن يظهر في الصور الفنية المُعاد إنتاجها، على سبيل المثال، على غلاف "هواء وكون" (ديسمبر 2000، إن لم أخطئ)، نتوقع رؤية تشكل موجتين صدمتين، كما يلي:
ولكن هذا بالضبط ما نريد تجنبه. يُظهر المخطط "توليد أيونات"، أي نظام توليد أيونات. لماذا هناك؟ لماذا لا يكون هناك في حافة القيادة حيث سيكون من الأفضل وضعه؟ نجد "مولد MHD خارجي"، أي "جانبي". يكمل الرسم مولد MHD داخلي، موجود في مدخل الهواء، يعملان كمكابحين للغاز. "الجسر MHD" يجعل المصمم يضع مسرع MHD في نهاية أنبوب الإخراج. لكن كل هذا ليس واضحًا تمامًا. أعتقد أن هذا المخطط يمثل تضليلًا، وأن المخطط الذي تم إحضاره من مؤتمر بريتون هو الصحيح، وأنا أتحدى ميكانيكي السوائل، خبراء الفيزياء الغازية، لإثبات العكس. كان ميكانيكيو السوائل الحاضرين في محاضرتي في سوباير من نفس رأيي.