MHD pohon.
Předchozí obrázek znázorňující proudění vyvolané působením Laplaceových sil kolem válce ukazuje, že tyto síly lze využít k pohonu letadlových nebo plavajících strojů. Nicméně tvar válce se jeví jako méně vhodný. Je proto snadné přejít k kouli, která je vybavena korunou elektrod.
Otáčivý spínač umožňuje postupné napájení dvou diametrálně protilehlých elektrod, z nichž jedna tvoří anodu a druhá katodu. Celé zařízení je pak nutné spojit s otáčivým magnetickým polem. V tomto případě není potřeba umístit uvnitř modelu magnet na hřídeli (přestože to dělali v roce 1976 při hydraulických experimentech, kdy byl rotující magnet umístěn uvnitř pingpongové míčku). Všichni studenti fyziky znají, že tři cívky umístěné pod úhlem 120° a napájené vhodně posunutými proudy vytvoří ekvivalent rotujícího magnetického dipólu. Výsledkem je:
Pokud by experiment s rušením rázové vlny kolem lenticulárního profilu úspěšně proběhl, plánovali jsme opakovat pokus s modelem tohoto typu – víceelektrodovým a s otáčivým polem – napájeným synchronizovanými výboji kondenzátorů.
Experiment ve chladném plynu by byl rovněž zajímavý. Stačilo by použít model jako vysílací anténu pro VHF. Už v roce 1978 jsme provedli velmi zajímavé experimenty na tento účel. Znovu by se ionizace klidně lokalizovala v okolí objektu.
Lenticulární letouny.
Nejzajímavější by však byl experiment týkající se lenticulárního MHD letounu (publikace v CRAS, 1975, pod názvem „Nový druh MHD převodníků“). Jde o stroj bez elektrod.
Uvažujme cívku procházenou střídavým proudem. V okolním vzduchu vytváří indukované magnetické pole, které může být doprovázeno proudem, jehož sekundární pole se proti původnímu indukčnímu poli (Lenzův zákon) odporuje změně.
Indukovaný proud (i), který tvoří uzavřené křivky, reaguje s indukčním polem B(t) a vytváří radiální Laplaceovy síly, střídavě odstředivé a dostředivé. Například na obrázku výše v čase t₀ směry pole B (vyvolávajícího) a hustoty proudu J (indukovaného, proudícího v plynné hmotě) vytvoří dostředivou radiální sílu.
V čase t₁ bude síla odstředivá.
Pokud plyn přilehlý k disku s vnitřní cívkou není ionizován, nedojde k žádnému významnému jevu. Pokud tento plyn ionizujeme, bude rozkyván systémem střídavě odstředivých a dostředivých sil, jako ve šakeru.
Na tomto principu lze navrhnout systém pohonu tak, že se zajistí časově modulovaná ionizace na horní a dolní straně, aby byl plyn nad strojem elektricky vodivý, když jsou síly odstředivé:
a naopak plyn pod strojem vodivý, když jsou síly dostředivé:
Tím by se dosáhlo kombinovaného systému sil, který výrazně způsobí proudění vzduchu kolem stroje:
Vzorec (Compte Rendu Akademie věd v Paříži, 1975) je lákavý. Je však potřeba najít způsob, jak vytvořit tuto pulzní ionizaci blízko stěny. Úkol je náročný, protože doba, po kterou je vzduch elektricky vodivý, musí být řádově menší než doba průchodu hmoty kolem objektu. Představme si objekt pohybující se rychlostí 3000 metrů za sekundu a charakteristickou délku deseti metrů (průměr stroje). To vede k časům řádově milisekund, což není nerealizovatelné s pulzními mikrovlnnými výboji o frekvenci 3 gigahertz. Stěny horní a dolní stroje by proto měly být pokryty mini-klystrony, které střídavě vysílají a uvolňují volné elektrony z molekul vzduchu.
Další řešení je předem zajímavější. Je známo, že při bombardování molekul elektrony s dobře nastavenou energií dochází k elektronovému připojení. Některé molekuly tak získají navíc jeden elektron a stávají se zápornými ionty, jejichž životnost je velmi krátká, což v našem případě je zajímavé.
Elektronové kanóny na stěnách budou mít tvar mini pastí. Princip je jednoduchý. Cívka vytváří magnetické pole s následujícím tvarem:
Toto pole, kolmé k povrchu, klesá podle vzdálenosti od stěny. Přidáváme k němu magnetický tlak:
Na obrázku vpravo bude elektrický výboj mezi centrální elektrodou a okrajovou elektrodou vyvrhovat elektrony do oblastí s nižším magnetickým tlakem, tedy daleko od stěny, přičemž jejich energie bude záviset na velikosti B. Pokud je B vhodně nastaveno, tyto proudy elektronů budou způsobovat vznik záporných iontů ve vzduchu – efektivních nosičů proudu indukovaného změnou magnetického pole B vytvořeného okrajovou cívkou (viz výše). Maximální aerodynamická účinnost spočívá v působení ve vrstvě plynu přímo na povrchu (tzv. mezní vrstva). Vzniká však problém udržení plazmatu, který byl experimentálně studován při pokusech v nízkém tlaku a rychle vyřešen.
Magnetické pole B vytvořené rovníkovou cívkou je samo o sobě spojeno s magnetickým tlakem. Ten klesá s rostoucí vzdáleností od roviny symetrie. Každý elektrický výboj by tedy měl tendenci se výrazně oddálit od stěny a stát se neovladatelným.
Řešením bylo použít ne jednu, ale tři cívky – dvě menší vedlejší cívky hrající roli cívek pro udržení plazmatu.
V daném okamžiku mají proudy tekoucí:
-
v rovníkové cívce
-
ve dvou cívkách pro udržení
opačný směr. Geometrie umožňuje vytvořit v blízkosti konkávní stěny gradient magnetického tlaku, který přilepí elektrický výboj k povrchu a udrží ho v mezní vrstvě plynu (v praxi pro stroj o průměru několika desítek metrů v vrstvě o tloušťce několika centimetrů).
Tyto experimenty s povrchovým udržením patřily mezi nejvýraznější, které jsme prováděli na konci sedmdesátých let za pomoci základních prostředků.
Celkově měl stroj vzhled dvou přilehlých talířů, a pravděpodobně to bylo právě to, co vojenské kruhy tak silně nesnášely.
Můžeme se ptát, jak může stroj, který vypadá tak proti-aerodynamicky, dosahovat čísel Macha až deseti, přičemž jeho rychlostní vektor směřuje podél osy, což by vyžadovalo extrémně ostré ohyby plynu na okraji rovníkové oblasti stroje. K tomu by bylo nutné, aby plyn bezvýhradně poslouchal příkazy elektromagnetických sil, což se zdá trochu překračovat hranice představivosti.
Není totiž zřejmé jejich síla. Spočtěme si například hodnotu magnetického tlaku (podle uvedeného vzorce) pro magnetické pole 10 teslů, kde
m o = 4 p 10 -7
Výsledek tohoto výpočtu:
čtyři sta násobek atmosférického tlaku
MHD otevírá úplně jinou mechaniku tekutin než konvenční disciplína, a to jak v subsonickém, tak v supersonickém nebo hypersonickém režimu, kdy plyn nemá jinou možnost, než podřídit se silám působícím uvnitř.
Bibliografie
:
(1) J.P. Petit: „Je možné supersonické lety?“ Osmá mezinárodní konference o MHD elektrické generaci. Moskva 1983.
(2) J.P. Petit & B. Lebrun: „Zrušení rázové vlny v plynu působením Lorentzovy síly“. Devátá mezinárodní konference o MHD elektrické generaci. Tsukuba, Japonsko, 1986
(3) B. Lebrun & J.P. Petit: „Zrušení rázové vlny působením MHD v supersonických prouděních. Kvantitativní jednorozměrná stacionární analýza a tepelné zablokování“. European Journal of Mechanics; B/Fluids, 8, č. 2, str. 163–178, 1989
(4) B. Lebrun & J.P. Petit: „Zrušení rázové vlny působením MHD v supersonických prouděních. Dvourozměrná stacionární neizentropní analýza. Kritérium protirázového účinku a simulace rázové trubice pro izentropní proudění“. European Journal of Mechanics, B/Fluids, 8, str. 307–326, 1989
(5) B. Lebrun: „Teoretický přístup k potlačení rázových vln vznikajících kolem špičatého překážky umístěné v proudění ionizovaného argonu“. Disertace z energetiky č. 233. Univerzita v Poitiers, Francie, 1990.
(6) B. Lebrun & J.P. Petit: „Teoretická analýza zrušení rázové vlny působením Lorentzova pole“. Mezinárodní symposium o MHD, Peking 1990.
NA NÁSLEDUJÍCÍ STRANU
Zpět k Průvodci