الدفع بالتيار الكهرومغناطيسي (MHD).
رسم سابق يُظهر التدفق الناتج عن تأثير قوى لابلاس حول أسطوانة، يُثبت أن هذه القوى يمكن استخدامها في دفع الآلات الطائرة أو العائمة. ومع ذلك، تبدو الشكل الأسطواني غير الأنسب. ومن ثم، يصبح من السهل الانتقال إلى الشكل الكروي، وذلك بتجهيز مثل هذا الجسم بحلقة من الأقطاب الكهربائية.
يسمح نظام مفتاح دوار بتزويد قطبين كهربائيين متقابلين بشكل تسلسلي، حيث يصبح أحدهما أنوداً والآخر كاثوداً. والآن، يكمن الأمر في ربط هذا الجهاز بنظام مغناطيسي دوار. في هذه الحالة، لا حاجة إلى وضع مغناطيس دوار داخل النموذج (رغم أننا فعلنا ذلك في تجارب هيدروليكية في عام 1976، حيث وُضع مغناطيس دوار داخل كرة بادل-بادل). ويعلم جميع طلاب الفيزياء أن ترتيب ثلاثة ملفات لولبية بزاوية 120 درجة، وتغذيتها بتيارات متأخرة بشكل مناسب، يُنتج ما يعادل قطبًا مغناطيسيًا دوارًا. والنتيجة هي:
إذا نجحت تجربة إلغاء الموجة الصدمية حول المقطع المُلتحم، كنا قد خططنا لتجريب نفس العملية باستخدام نموذج من هذا النوع، متعدد الأقطاب وبنظام مجال مغناطيسي دوار، مع تغذية كل شيء بتفريغات من مكثفات مزامنة بدقة.
كانت التجربة في غاز بارد أيضًا مثيرة للاهتمام. كان يكفي استخدام النموذج كهوائي موجات عالية التردد. وقد أجرينا، منذ عام 1978، تجارب مثيرة جدًا في هذا الشأن. مرة أخرى، كانت عملية التأين ستبقى منضبطة ومحصورة في المنطقة القريبة جدًا من الجسم.
الطائرات المُلتحمة.
لكن التجربة الأكثر إثارة كانت تتعلق بتصميم طائرة مُلتحمة بالتيار الكهرومغناطيسي (نشرت في مذكرات الأكاديمية الفرنسية للعلوم، 1975، تحت عنوان "محولات MHD من نوع جديد"). هنا، تُبنى آلة خالية تمامًا من الأقطاب الكهربائية.
نفترض وجود ملف لولبي يمر به تيار متناوب. يُولد هذا التيار في الهواء المحيط مجالًا مُحَدَّثًا، قد يرافقه تدفق تيار، يرتبط معه مجال ثانوي يقاوم التغير في المجال المُحَدِّث (قانون لينز).
التيار المُحَدَّث (i) الذي يشكل دوائر مغلقة، يتفاعل مع المجال المُحَدِّث B(t) لينتج قوى لابلاس شعاعية، متغيرة بشكل دوري بين قوى دافعة وقطرية. على سبيل المثال، في الرسم أعلاه، في اللحظة t₀، تشير اتجاهات المجال B (المُحَدِّث) وشدة التيار J (المجال المُحَدَّث، المتدفق داخل الكتلة الغازية) إلى قوة شعاعية مركزية.
في اللحظة t₁، تكون هذه القوة دافعة.
إذا لم يكن الغاز الملامس للقرص المزود بالملف الداخلي مُؤَيَّنًا، فلن يحدث شيء ملحوظ. أما إذا تم تأين هذا الغاز، فسوف يهتز تحت تأثير نظام قوى متغيرة دوريًا بين دافعة ومركزية، تمامًا كما في جهاز التحريك (شيكير).
يمكن تصميم نظام دفع على هذا الأساس، بتنظيم تأين دوري في الزمن على الوجهين العلوي والسفلي، بحيث تكون الجزء من الغاز فوق المركبة موصلًا كهربائيًا عندما تكون القوى دافعة:
ومن ناحية أخرى، تكون الجزء تحت المركبة موصلًا عندما تكون القوى مركزية:
وبهذا، يُنتج نظام قوى مركبة يسعى إلى تدفق الهواء بقوة حول المركبة:
الصيغة (مذكرة من الأكاديمية الفرنسية للعلوم، 1975) جذابة. لكن يجب إيجاد وسيلة لخلق هذا التأين النبضي بالقرب من الجدار. المشكلة معقدة، لأن الوقت الذي يُجعل فيه الهواء موصلًا كهربائيًا يجب أن يكون من الرتبة نفسها أو أقل من زمن عبور الكتلة الغازية حول الجسم. إذا افترضنا جسمًا يقطع المسار بسرعة 3000 متر في الثانية، وطولًا مميزًا قدره 10 أمتار (قطر المركبة)، فإن هذا يقود إلى أزمنة من رتبة الميلي ثانية، وهو أمر ممكن باستخدام إشعاع ميكروي نبضي بتردد 3 غيغاهرتز. لذا، يجب أن تكون الجدران العلوية والسفلية للآلة مغطاة بـ "ميكروكليسترونات" صغيرة، تُشع تباعًا، وتنزع إلكترونات حرة من جزيئات الهواء.
حل آخر يبدو أكثر جاذبية من الناحية النظرية. نعلم أن توجيه جزيئات بأشعة إلكترونية ذات طاقة مُعدَّلة بدقة يؤدي إلى ارتباط إلكتروني. بعض الجزيئات تكتسب بذلك إلكترونًا إضافيًا، وتتحول إلى أيونات سالبة، بعمر حياة قصير جدًا، وهو ما يكون مفيدًا في الحالة التي نحن بصددها.
ستكون مدافع الإلكترونات الجدارية على شكل "فخوص صغيرة". المبدأ بسيط. يُنشئ ملف لولبي مجالًا مغناطيسيًا بتكوين كما يلي:
هذا المجال، العمودي على الجدار، يتناقص تدريجيًا مع البعد عنه. نرافقه بضغط مغناطيسي:
في الرسم على اليمين، تُحدث شرارة كهربائية بين قطب مركزي وآخر حلقي، حيث تُطرد الإلكترونات نحو مناطق تكون فيها كثافة الضغط المغناطيسي أقل، أي بعيدًا عن الجدار، بطاقة تعتمد على قيمة B. إذا كانت هذه القيمة مُعدَّلة بشكل مناسب، فإن هذه الجيوب الإلكترونية ستُحدث في الهواء أيونات سالبة، وهي وسيلة فعالة لنقل التيار المُحَدَّث المرتبط بتغير المجال المُحَدِّث B، الذي يولده الملف الحلقي (انظر أعلاه). التأثير الأقصى في الديناميكا الهوائية يتمثل في التأثير داخل الطبقة الغازية التي تتلامس مباشرة مع الجدار (ما يُعرف بـ "الطبقة الحدودية"). لكن يظهر هنا مشكلة تقييد البلازما، التي تم دراستها تجريبيًا في ظروف ضغط منخفض، وقد تم حلها بسرعة.
المجال المغناطيسي B الناتج عن ملف لولبي مداري يرتبط بضغط مغناطيسي. هذا الضغط يتناقص تدريجيًا كلما ابتعدنا عن المستوى المتماثل. وبالتالي، كانت أي شرارة كهربائية تميل إلى الانفصال عن الجدار بشكل كبير، مما يجعلها غير قابلة للتحكم.
كانت الحلول هي استخدام ليس ملفًا لولبيًا واحدًا، بل ثلاثة، اثنان من الملفات الثانوية ذات أقطار أصغر، تؤدي دور ملفات تقييد.
في لحظة معينة، تكون التيارات المارة:
- في الملف اللولبي المداري
- في الملفين التقييديين
ذات اتجاهين متعاكسين. وبفضل التكوين الهندسي، يمكن إنشاء تدرج في الضغط المغناطيسي بالقرب من جدار محدب، قادر على إلصاق الشرارة الكهربائية بالجدار، والحفاظ عليها داخل الطبقة الحدودية الغازية (في الواقع، لآلة بقطر عشرة أمتار تقريبًا...)