الخط المُنتَظِر يُفترض أن يمثّل المنطقة التي يبدأ فيها السائل في الحركة الانفصالية لتمكين الجسم من المرور.
في الحالة فوق الصوتية، لا يمكن للذبذبات الصوتية بعد الآن "إبلاغ السائل" قبل وصول الجسم إليه. وبالتالي، يُفاجأ الغاز، فيُظهر تفاعلًا بتشكيل موجات صدمية. ولهذا، كان الهدف هو إيجاد وسيلة للعمل عن بُعد، أمام الجسم، لتعديل الغاز وتحفيزه على التساهل في المرور.
الحل الأول يعتمد على دخول مقطع جناح في هواء بسرعة فوق صوتية. نعلم أن تأثير اصطدام هذا الجسم بالهواء يؤدي إلى تباطؤه المفاجئ. لذلك، كان من المنطقي تسهيل تدفق الغاز على طول المقطع، بالقرب من الحافة الأمامية، مع بدء تباطؤ الغاز مسبقًا. يمكن تحقيق ذلك بتطبيق مجال مغناطيسي عمودي على مستوى الرسم، مع وضع كهربائيين على السطح، كما هو موضح. تُظهر الخطوط التي تمثل تدفق التيار الكهربائي داخل الغاز. ونتيجة لذلك، تنشأ قوة لابلاس (أو قوة لورنتز، حسب التسمية الإنجليزية)، التي تتبع "قاعدة الأصابع الثلاثة".
فيما يلي، الشكل العام لمجال القوى الكهرومغناطيسية، العمودي على خطوط التيار الكهربائي.
وبهذا، نحقق مكاسب على ثلاث جوانب:
- أمام المركبة، نبدأ في تقليل سرعة السائل مسبقًا.
- نُشَكِّل حركة انفصال للسائل.
- نُسهِّل تدفقه على طول السطح.
القوة الكهرومغناطيسية لكل وحدة حجم هي J B، حيث B هي شدة المجال المغناطيسي، بالتسلا (تسلا واحدة تساوي عشرة آلاف غاوس)، وJ هي كثافة التيار الكهربائي، بوحدة الأمبير لكل متر مربع. وتصبح القوة بالنيوتن لكل متر مكعب.
مقدار يبلغ أمبيرًا واحدًا لكل سنتيمتر مربع (عشرة آلاف أمبير لكل متر مربع)، مُقترنًا بمجال مغناطيسي بقوة 10 تسلا، يُنتج قوة تبلغ عشرة أطنان لكل متر مكعب من الغاز، وهي قوة كافية لفرض التأثيرات المرغوبة على التدفق.
تكون القوة أقوى بالقرب من الكهربائيين حيث يتركز التيار، وحيث تكون كثافة التيار أعلى.
المشكلة، بطبيعة الحال، هي إرسال هذا التيار الكهربائي عبر وسط يُعتبر في البداية عازلًا ممتازًا عند درجة حرارة عادية: الهواء. سنعالج هذا المشكل لاحقًا.
في البداية، في عام 1976، اخترنا إجراء محاكاة قائمة على تجارب هيدروليكية. كان السائل هو ماء مُحمّض (لجعله أكثر توصيلًا كهربائيًا). بقي التصميم التجريبي. لدينا معدات مجال مغناطيسي تُنتج تسلا واحدة في بضع سنتيمترات مكعبة. كانت سرعة التدفق 8 سنتيمترات في الثانية. وبما أن كثافة الماء هي 1000 كجم/م³، يمكن حساب الحد الأدنى لقيمة J بحيث يكون معامل التفاعل:
حيث L هي بُعد مميز للنموذج.
تم إلغاء الموجة الأمامية بنجاح في المحاولة الأولى (1976). عملنا على نماذج لenticular، لكن المحاولات الأولى كانت على نموذج أسطواني، حيث تم الحصول على موجة أمامية تشبه موجة صدمية منفصلة، تتشكل على مسافة من عقب أسطواني:
باستخدام مجال مغناطيسي عمودي على مستوى الرسم، تم إلغاء الموجة الأمامية باستخدام كهربائيين موضعين كما هو موضح في الشكل. كما تم توضيح ترتيب القطبين المغناطيسيين للحث الكهرومغناطيسي. قطر النموذج: 7 مم. عرض الكهربائيين المُدمجين في الجدار: 2 مم.
الشكل أعلاه يُظهر الموجات في غياب القوى الكهرومغناطيسية، والشكل التالي يُظهر الحالة بعد إلغاء الموجة الأمامية.
القوى لابلاس، الناتجة عن مرور التيار في الماء المُحمّض، مع المجال المغناطيسي العرضي، تُمثّل الشكل التالي:
هذه القوى تكون قوية جدًا بالقرب من الكهربائيين، حيث يتركز التيار (كثافة التيار J قصوى). أمام النموذج، تُسبب تباطؤًا في السائل. لكن هذا المجال القوي ليس كافيًا لإلغاء النظام الكامل للموجات. في التجارب التي أُجريت مع عقب أسطواني مزود بزوج واحد من الكهربائيين، كانت الموجات تُركّز فقط في الجزء الخلفي من النموذج. ومع ذلك، كما هو موضح في الشكل، كان ذلك كافيًا لخلق منخفض في "نقطة التوقف"، مما يدل على إمكانية استخدام هذا النظام أيضًا في الدفع الكهرومغناطيسي.
يمكن إلغاء النظام الكامل للموجات، كما تم التحقق منه، باستخدام هذه المحاكاة الهيدروليكية، حول نموذج لenticular، باستخدام ثلاث أزواج من الكهربائيين هذه المرة. فعلاً، إذا أخذنا بعين الاعتبار الشكل السابق، نرى أن ظهور موجات ماخ ينتج عن تداخل موجات ماخ في منطقتين: أمامية وخلفية.
كنا أول من قدم (في أطروحة الدكتوراه لبرتراند لابرون) المفهوم الأساسي لتنعيم التدفق فوق الصوتي باستخدام قوى لابلاس، من خلال إحداث نظام موجات ماخ متوازية حول النموذج:
العائلة الثانية من الخصائص، الموجات ماخ، لم تُرسَم.
إذًا، هناك ثلاث إجراءات مطلوبة:
-
منع موجات ماخ من التمدد مرة أخرى بالقرب من الحافة الأمامية للنموذج، من خلال تسريع السائل في تلك المنطقة.
-
منعها من الانحناء (في "مصفوفة التمدد") على جانبي النموذج.
-
وأخيرًا، إعادة تسريع السائل مرة أخرى بالقرب من الحافة الخلفية.
وهكذا، تم إنشاء نظام من ثلاث كهربائيات جدارية:
كان المجال المغناطيسي عموديًا على مستوى الرسم، لكن لتكوين مجال القوى المناسب، كان من الضروري (في المحاكاة الحاسوبية) "نحت" هذا المجال، وهو ما يمكن تحقيقه باستخدام عدة ملفات لولبية متزامنة. بالقرب من الكهربائيين، كانت قوى لابلاس موضحة بشكل توضيحي كما يلي:
أثبتت أطروحة لابرون (المنشورة في المؤتمر الدولي السابع لـ MHD في تسوكوبا، اليابان، والمؤتمر الدولي الثامن في بكين، 1990، بالإضافة إلى مجلة The European Journal of Physics) الجدوى النظرية للعملية. هذه النتيجة مثيرة للاهتمام من أكثر من منظور. فعلاً، عندما نُسرّع السائل، نُزوّده بطاقة، بينما عندما نُبطئه، يُزوّدنا هو بالطاقة. لماذا؟ لأن تدفق السائل على طول النموذج بسرعة V يُنتج قوة كهربائية حركية V × B. تسعى هذه القوة إلى إحداث كثافة تيار J = σ (V × B)، حيث σ هي التوصيلية الكهربائية...