Aerodynamische Physik MHD Kosmologie
...Das Gebiet der MHD ist sehr umfangreich. Der Erfinder der Grundkonzepte ist der berühmte britische Wissenschaftler Michael Faraday. Die MHD hat zwei Aspekte.
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Auf der einen Seite kann man Flüssigkeiten durch die Lorentzkraft J × B beschleunigen, was den MHD-Beschleunigern entspricht.
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Auf der anderen Seite kann man die kinetische Energie eines Fluids, seine Enthalpie, in elektrische Energie umwandeln. Dies entspricht den MHD-Generatoren. In solchen Anlagen, wenn ein Gasstrom die magnetischen Feldlinien eines quer zur Geschwindigkeit V verlaufenden magnetischen Feldes B durchquert, wirkt ein induziertes elektrisches Feld V × B auf geladene Teilchen, freie Elektronen oder Ionen.
...Ein sehr gutes Buch existiert (derzeit nur in wissenschaftlichen Bibliotheken):
Sutton & Sherman: "Engineering magnetohydrodynamics", Mac Graw Hill Books Cie, 1967
für Physiker und Doktoranden.
...Ich habe seit 1964 persönliche Erfahrung mit MHD. Zwischen 1964 und 1972 habe ich am Institut für Strömungsmechanik in Marseille gearbeitet. Danach folgt eine verkürzte Bibliografie (deren Schwerpunkt auf jüngeren Arbeiten liegt):
(1) J.P. Petit: "Ist der Überschallflug möglich?" Achte Internationale Konferenz über MHD und Elektrizitätsproduktion. Moskau, 1983.
(2) J.P. Petit & B. Lebrun: "Schallwellenunterdrückung in einem Gas durch die Wirkung der Lorentzkraft". Neunte Internationale Konferenz über MHD und Elektrizitätsproduktion. Tsukuba, Japan, 1986
(3) B. Lebrun & J.P. Petit: "Schallwellenunterdrückung durch MHD-Wirkung in Überschallströmungen. Quasi-eindimensionale stationäre Analyse und thermische Blockierung". European Journal of Mechanics ; B/Fluids, 8, Nr. 2, S. 163-178, 1989
(4) B. Lebrun & J.P. Petit: "Schallwellenunterdrückung durch MHD-Wirkung in Überschallströmungen. Zweidimensionale stationäre nicht-isentrope Analyse. Anti-Schall-Kriterium und Simulationen in Schallrohren für isentrope Strömungen". European Journal of Mechanics, B/Fluids, 8, S. 307-326, 1989
(5) B. Lebrun: "Theoretische Betrachtung der Unterdrückung von Schallwellen, die sich um einen schmalen Hindernis in einem ionisierten Argonstrom bilden". Dissertation in Energietechnik Nr. 233. Universität Poitiers, Frankreich, 1990.
(6) B. Lebrun & J.P. Petit: "Theoretische Analyse der Schallwellenunterdrückung durch ein Lorentz-Kraftfeld". Internationales MHD-Symposium, Peking, 1990.
...Danach wechselte ich in das Gebiet der Astrophysik und der theoretischen Kosmologie. In den sechziger Jahren haben wir kurzdauernde MHD-Generatoren gebaut, die auf Schockrohren mit heißem Luftstrom basierten. Dieses Gerät konnte kurzdauernde Strömungen mit hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit, mit relativ hohen Drücken erzeugen. Es handelt sich nicht um ein Niederdruckrohr. Die typischen Parameter sind folgende:
Gas: Argon
Geschwindigkeit: 2700 m/s
Temperatur: 10 000 °K
Druck: 1 bar
Elektrische Leitfähigkeit: 4000 mkhos/m
...Derzeit bauen wir ein neues Labor, finanziert durch private Mittel. Ich denke, es wird bis Ende 2001 in Betrieb genommen. Die Aktivitäten werden verschiedene Bereiche abdecken:
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Experimente mit heißem Gas - Experimente mit kaltem Gas (Überschallströmungen von Luft bei atmosphärischem Druck)
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Experimente mit geringem Gasdruck (Simulationen).
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Numerische Experimente.
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Hydraulische Experimente (Modelle von Hochgeschwindigkeits-U-Booten).
...Zunächst, warum nach einer 13-jährigen Pause wieder beginnen? Weil wir neue Ideen haben. 1975 dachte ich, dass der Überschallflug im dichten Luft möglich sein könnte, ohne einen Schallknall oder Turbulenz zu erzeugen. Ich habe Artikel in wissenschaftlichen Zeitschriften dazu veröffentlicht. Zu dieser Zeit schien es eine wahnsinnige Idee zu sein. 1975 baute ich mit meinem Kollegen Maurice Viton ein hydraulisches Experiment mit einem Magneten von einem Tesla. Dieses Magnetfeld war notwendig, um einen Wasserfluss um ein kleines Modell in einem freien Fluss (8 cm/s) zu verändern. Das Modell war ein Zylinder (7 mm Durchmesser). Das Experiment war ein Erfolg, und die Schockwelle (die Spezialisten der Strömungsmechanik wissen, dass die Wellen, die von einem Schiff erzeugt werden, sehr ähnlich wie Schockwellen sind), wurde vollständig gelöscht. Ich dachte damals, dass die Idee vielleicht nicht so absurd war, wie sie zunächst aussah.
...In den nächsten zehn Jahren war alles sehr schwierig, nicht von wissenschaftlicher Sicht, sondern sagen wir, von politischer Sicht. Offensichtlich war dieses neue Konzept mit dem Fall der UFOs verbunden. In gasförmigen Experimenten wäre eine solche „MHD-Aerodynamik“ von einem leuchtenden Plasma umgeben, rötlich bei schwacher Leistung, fast weiß bei starker Leistung. Elektroden, falls die Maschinen welche hätten, würden wie „Fenster“ aussehen. Außerdem war die Platte (wie in einem „Compte rendu de l'Académie des Sciences de Paris“ im Jahr 1975 bezeichnet) wissenschaftlich optimal (und die MHD-Grundlagen, die sich von den klassischen Grundlagen der Strömungsmechanik unterscheiden können), so dass die wissenschaftliche Gemeinschaft nicht sehr begeistert von diesem Projekt war, selbst wenn die wissenschaftlichen Grundlagen vollkommen klar und sauber waren.
...Ich versuchte, Forschungen einzurichten, zunächst am französischen CNES (Centre National d'Études Spatiales) zwischen 1979 und 1982, dann in einem Labor des CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) zwischen 1984 und 1986. Dieses letzte Labor lag in Rouen, und sein Direktor war Professor Valentin, der heute in Ruhestand ist. Durch das CNES wurden einige Experimente in Toulouse im französischen CERT (Centre d'Étude et de Recherche Technique), einem Labor, das eng mit der Armee verbunden ist, durchgeführt. Einige Finanzierung wurde gewährt, aber in diesen beiden Versuchen zwang die Armee die Labore, mich von meinem wissenschaftlichen Posten zu entfernen. Leider war das wissenschaftliche Hintergrundwissen der beteiligten Personen in beiden Fällen unzureichend, und die Forschung scheiterte in beiden Fällen. Viele Gelder wurden nutzlos verschwendet. Deshalb entschloss ich mich 1987, endgültig aufzugeben. Aber kürzlich haben neue Ideen mich dazu veranlasst, in das Feld zurückzukehren. Aus Erfahrung wusste ich, dass jede Zusammenarbeit mit französischen Institutionen sofort militärische Eingriffe auslösen würde, wie es in der Vergangenheit mehrfach geschehen ist. Wir haben also beschlossen, mit unseren eigenen Kräften und Ressourcen zu beginnen. Das kann scheinbar verrückt erscheinen. Aber meiner Meinung nach können all diese Forschungen mit veralteten Materialien durchgeführt werden. Außerdem ist der Preis für Elektronik und Computer in den letzten zwanzig Jahren stark gesunken. Viele hervorragende Forscher, die mittlerweile in Ruhestand sind, haben uns beigetreten. Wir haben also beschlossen, ein Labor in Südfrankreich einzurichten. Derzeit sammeln wir veraltete Systeme: Kondensatorbänke, Stromversorgungen mit verschiedenen Spannungen, niedrig und hoch, Zündgeräte, Klystrons, optische Geräte usw., und wir lagern sie. Wenn wir alles Notwendige haben, werden wir bald handeln.
...Nun werfen wir einen Blick auf einige dieser neuen Ideen.
...Wenn Sie hier klicken, können Sie die Notiz in den Comptes rendus de l'Académie des Sciences lesen, die 1975 veröffentlicht wurde. Wenn Sie kein Französisch lesen, hier sind einige kurze Erklärungen. Hier sind die ersten drei Illustrationen. Auf Abbildung 1 ist eine plattformförmige Maschine mit einem äquatorialen Spulen, deren Wechselstrom ein Wechselmagnetfeld erzeugt. Dieses (dank Herrn Maxwell) erzeugt ein induziertes elektrisches Feld E', das versucht, kreisförmige induzierte elektrische Ströme zu erzeugen. Durch Kombination dieser Ströme J' mit dem Momentanwert des Magnetfeldes erhält man radiale Kräfte (der Hall-Effekt wird als vernachlässigbar betrachtet), also ein System zeitabhängiger radialer Kräfte J' × B, die abwechselnd nach außen und nach innen gerichtet sind. Die Idee war also folgende: Angenommen, wir könnten eine nicht stationäre Ionisation in der Nähe des Platten erzeugen, die zeitlich kontrolliert wird, könnten wir den Flüssigkeit beeinflussen, indem wir die radialen Zentrifugalkräfte nutzen, wenn sie vorhanden sind, an der Spitze der Platte, und die radialen Zentripetalkräfte, wenn sie umgekehrt sind, an der Unterseite der plattformförmigen Maschine.
...Auf der nächsten Abbildung ist der erwartete induzierte Gasstrom um unsere plattformförmige Maschine:
...Die Berechnungen zeigten, dass der Saugeffekt sehr stark sein könnte, stark genug, um jede Schockwellenbildung am Staupunkt der Maschine (die sich entlang ihrer Achse bewegt) zu verhindern. Das technische Problem bestand darin, die Ionisation in der Nähe der Wand zeitlich zu modulieren. Wir dachten zunächst an ein Gerät, das einem „Wolffall“ ähnelt:
...Stellen Sie sich ein kleines konisches Loch in der Wand vor und, entlang seiner Achse, eine „Nadel“. An der Schnittstelle von Kegel- und Ebene liegt eine kreisförmige Elektrode (Anode). Die zentrale Elektrode (in Form einer Nadel) ist negativ geladen. Dann entsteht eine elektrische Entladung in der umgebenden Luft, wie oben gezeigt. Das damit verbundene Magnetfeld tendiert dazu, die freien Elektronen abzudrängen und ihnen Energie zu geben. Wir dachten, es könnte kurzlebige negative Ionen in der Luft erzeugen, was eine MHD-Interaktion während der Lebensdauer dieser Ionen ermöglichen würde. Eine solche Forschung könnte in einem gut ausgestatteten Labor durchgeführt werden, aber wir hatten keines. Seit 1973 war ich in einem astronomischen Observatorium, was kein optimaler Ort für Plasmaphysik-Experimente ist.
...In jedem Fall wurden in den späten siebziger Jahren einige interessante Aspekte der Maschine entdeckt. Gute Plasmaspezialisten wissen, dass der magnetische Druck dazu neigt, elektrische Entladungen zu verdrängen. Wir haben dies in Experimenten mit niedrigem Luftdruck experimentiert. Die Lösung wurde schnell gefunden. Anstatt ein B-Feld zu erzeugen, dessen maximale Wert im Symmetriepunkt liegt (erzeugt durch eine einzelne äquatoriale Spule), entschlossen wir uns, drei Spulen zu verwenden, eine große und zwei kleinere, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
...Links: die Achse der Maschine. Oben und rechts: die schematische Anordnung der drei Spulen, wobei der Stromfluss gezeigt wird. Auf der Abbildung die Magnetfeldlinien. Wir sehen, dass die maximale B-Fläche nahe an einem Teil des Kegels liegt (enthält die Kreise der beiden Spulen). Grauer Bereich: das Konfinierungsgebiet, in dem das Plasma sich befinden soll. Sofortiger Erfolg, experimentell. Danach muss die Wand der Maschine, um die MHD-Interaktion zu optimieren, senkrecht zu den Feldlinien stehen. Schließlich ist dies das typische Aussehen unserer elektrodenlosen MHD-Aerodynamik, die induktive Phänomene und gepulste Ionisation verwendet, optimiert nach MHD-Prinzipien:
...Sie verstehen, warum wir Probleme mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft, der Armee, den Politikern usw. hatten.
...Die kurzlebige Ionisation war schwer zu handhaben.
MHD-Experimente mit kaltem Gas.
...Aber kürzlich ist eine neue Idee entstanden, die in der folgenden Abbildung zusammengefasst wird:
...Die Wände des Modells sind aus Teflon. In den beiden Teflonhüllen sind Spulen integriert (die äquatoriale und die beiden „Konfinierungs-Spulen“). Zwei Klystrons werden verwendet, die auf zwei getrennte Wellenleiter abgestimmt sind. Diese beiden Elemente sind auf der Abbildung dargestellt. Sie sind koaxiale Messingzylinder. Wenn einer in Betrieb ist, ist der andere außer Betrieb, und so weiter. Dünne Messinglamellen (rot) wirken als Streuung und projizieren Mikrowellen. Die Messingplatte, die sich in der Symmetrieebene befindet, verhindert, dass die Mikrowellen, die zur Ionisation der Luft auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine verwendet werden, in die andere Richtung gelangen. Auf der folgenden Abbildung zeigen wir das Modell, wenn die Mikrowellen im zentralen Kanal fließen, von den dünnen Messinglamellen gestreut werden, oben durch das Teflon hindurchgehen und eine dünne Schicht ionisierten Luft erzeugen. Mikrowellen mit 3 GHz sind optimal, um Luft unter atmosphärischem Druck zu ionisieren, und das ionisierte Gas absorbiert die Mikrowellen. Somit wird die Ionisation in einer dünnen Schicht konfiniert.
...Es scheint relativ einfach zu sein, mit solch einem Gerät einen zeitabhängigen Ionisationszustand in der Nähe eines plattformförmigen Modells zu erzeugen. Es ist auch einfach, die Wechselströme in den drei Spulen zu synchronisieren. Somit könnte dieses Modell die Luft direkt vor ihm sehr stark anziehen. Dies hängt selbstverständlich von der Stärke des Magnetfeldes ab (der MHD-Interaktionsparameter muss groß genug sein). Es ist nicht notwendig, Schockwellen über einen langen Zeitraum zu unterdrücken. Nur kurze Experimente können in einem kurzdauernden Schockrohr durchgeführt werden. Wir müssen es bauen. Schematisch basiert dieses Schockrohr auf einem großen Vakuumbehälter, dessen Inhalt bei jedem Test durch eine leistungsstarke Vakuumpumpe entfernt wird (wir haben bereits eine). Links: der supersonische Kanal. Zwischen dem Kanal und dem Behälter: eine Mylar-Membran. Wenn die Pumpe den Druck im Behälter ausreichend reduziert hat, reißt die Membran. Typische Dauer des Flusses: mehrere Zehntel Sekunden.
...Diese einfache Idee war ausreichend aufregend, um die Wiederaufnahme der MHD-Forschung zu entscheiden. Nächste Abbildung: eine andere Sicht des plattformförmigen Modells:
...Danach: der erwartete Gasstrom um ein „passives“ Modell. Schockwellensystem.
Danach: der Strom, nachdem die Schockwelle durch die Wirkung der Lorentzkraft unterdrückt wurde:
...Wir planen, Experimente mit „MHD-Hydrodynamiken“ durchzuführen, also mit Hochgeschwindigkeits-U-Booten.
MHD-Experimente mit heißem Gas.
...Im Labor wird ein durch Schockwellen angetriebenes Schockrohr gebaut (sog. Schockrohr). Auf der folgenden Abbildung eine schematische Darstellung der MHD-Anlage.
...Nächste Abbildung: der MHD-Teil der Anlage.
...Das folgende Bild zeigt die beiden Spulen und den MHD-Kanal:
...In solchen Anlagen konnten 1967 Plasma-Beschleunigungen am Institut für Strömungsmechanik in Marseille erfolgreich durchgeführt werden, was die Effizienz der Lorentzkraft zur Kontrolle einer Überschallströmung bewies. Eintrittsgeschwindigkeit (reiner Argon, 1 bar, 10 000 °K): 2750 m/s. Austrittsgeschwindigkeit: 8000 m/s !!
Nächste Abbildung: die Position des Flügelmusters im Überschall-Schockrohr in der 1987 geplanten Erfahrung:
...Die Doktorarbeit von Bertrand Lebrun (1987), Veröffentlichungen im European Jr of Mechanics, sowie zwei Präsentationen auf internationalen MHD-Konferenzen (Tsukuba, 1987, Peking, 1990) konzentrierten sich auf die Unterdrückung der Frontschockwelle in einem heißen Argonstrom (10 000 °K), der durch ein Schockrohr bereitgestellt wurde. Heute beabsichtigen wir, dieses Schlüsselexperiment durchzuführen. Schematisch kann die Existenz einer an der Vorderseite eines bestimmten „Flügels“ (2D-Strömung) befestigten Schockwelle durch Laser-Interferometrie nachgewiesen werden (1965 am Institut für Strömungsmechanik in Marseille entwickelt). Auf der rechten Seite das Bild, das wir erwarten, wenn die Schockwelle in diesem heißen Argonstrom unterdrückt wird.
...Da wir jetzt die Möglichkeit (theoretisch) haben, mit kaltem Gas zu experimentieren, könnte dieses Experiment mit heißem Argon überflüssig erscheinen. Wir bevorzugen es jedoch, diese beiden Ziele als parallele Forschungen zu behandeln.
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Originalversion (Englisch)
MHD aerodynamische Physik Kosmologie
...MHD is a very large field of investigation. The inventor of the basic concepts is the famous british scientist Michael Faraday. MHD owns two aspects.
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On one hand, one can accelerate fluids, through Lorentz force J x B which refers to MHD accelerators.
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On the other one, one can convert the kinetic energy of a fluid, its enthalpy, into electric energy. This refers to MHD generators. In such plants, when a gas flow crosses the magnetic lines of a transverse magnetic field B at velocity V, an induced electric field V x B acts on charged particules, free electrons or ions.
...A very good book exist (now, only in scientific libraries) :
Sutton & Sherman : "Engineering magnetohydrodynamics", Mac Graw Hill Books Cie, 1967
for physicists and post graduate students.
...I have a personal experience in MHD, since 1964. Between 1964 and 1972 I worked at the Institut de Mécanique des Fluides de Marseille. Following, a shortened (devoted to more recent works) bibliography :
(1) J.P.Petit : "Is supersonic flight possible ?" Eigth Inter. Conf. on MHD Electr. Power Generation. Moscow 1983.
(2) J.P.Petit & B.Lebrun : "Shock wave cancellation in a gas by Lorentz force action". Ninth Inter. Conf. On MHD Electr. Power Generation. Tsukuba, Japan, 1986
(3) B.Lebrun & J.P.Petit : "Shock wave annihilation by MHD action in supersonic flows. Quasi-one dimensional steady analysis and thermal blockage". European Journal of Mechanics; B/Fluids, 8 , n°2, pp.163-178, 1989
(4) B.Lebrun & J.P.Petit : "Shock wave annihilation by MHD action in supersonic flows. Two-dimensional steady non-isentropic analysis. Anti-shock criterion, and shock tube simulations for isentropic flows". European Journal of Mechanics, B/Fluids, 8 , pp.307-326, 1989
(5) B.Lebrun : "Approche théorique de la suppression des ondes de choc se formant autour d'un obstacle effilé placé dans un écoulement d'argon ionisé. Thèse d'Energétique n° 233. Université de Poitiers, France, 1990.
(6) B.Lebrun & J.P.Petit : "Theoretical analysis of shock wave anihilation by lorentz force field". International MHD symposium, Pékin 1990.
...Then I shifted to astrophysics and theoretical cosmology. During the sixties we built short-duration MHD generators, based on shock tube driven hot wind tunnels. This device could produce short duration flows, high temperature and high velocity, with quite high pressures. This is not a low pressure wind tunnel. The typical parameters are :
Gas : argon
Velocity : 2,700 m/s
Temperature : 10,000°K
Pressure : one bar
Electrical conductivity : 4000 mkhos/m
...We are presently building a new lab, with private fundings. I think it will be operational within the end of 2001. The activity will cover different fields :
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Hot gas experiments - Cold gas experiments (supersonic flows of air at atmospheric pressure)
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Low pressure gaz experiments (simulations).
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Numerical experiments.
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Hydraulic experiments (high velocity submarines models).
...At first, why do we restart such activity after a 13 years stop ? Because we have new ideas. In 1975 I imagined that supersonic flight could be possible, in dense air, without creating sinoc bang, nor turbulence. I publisehd papers in scientific journals about that. At this time it seemed to be a foolish idea. In 1975, with my collegue Maurice Viton we built an hydraulic experiment with a one tesla magnet. Such B-field was necessary to modify a water flow around a tiny model, in a free surface flow (8cm/s). The model was a cylinder (7mm diameter). The experience was a success and the front wave (specialists in fluids mechanics know that the wave created by a ship are very similar to shock waves) was completely cancelled. Then I thaught that the idea could not be so fancy that it looked at first glance.
...During the next ten years everything was very difficult, not from a scientific point of view but, let us say, from a "politic point of view". Obviously, this new concept was connected to the ufo's case. In gas experiments, such "MHD aerodyne" would be surrounded by a luminous plasma, reddish at low regime, almost white at larger ones. Electrodes, when machines would own some, would look like "windows". In addition, disk-shaped machine (as named in a first in a "Compte rendu de l'Adadémie des Sciences de Paris", in 1975) was optimum, on scientific grounds (and MHD grouns, which can be somewhat different from classical fluids mechanics grounds), so that the scientific community was not so enthusiastic about such project, even if the scientific grounds were perfectly clear and clean.
...I tried to install some research, first in the french CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) in 1979-1982, then in a laboratory of the CNRS (Centre Narional de la Recherche Scientifique) in 1984-1986. This second laboratory was located in Rouen, and his directeur was the professor Valentin, today retired. Through the CNES, some experiences were installed in Toulouse, in the french CERT (Centre d'Etude et de Recherche Technique), a lab in close connexion with the army. Some money was given but, in these two trials, the army stupidly obliged the labs to kick me out of the scientific job. Unfortunately, the scientific background of the involved persons, in both cases, was not adequate and the research failed in the two. A lot of money was stupidly wasted. So that in 1987 I decided to give up definitively. By, very recently, new ideas incited me to operate a come back in the field. By experience, I knew that if any collaboration with french institutions was initiated, the military would immediatly rot the situation, as they did many times ago. So that we decided to restart with our own forces and ressources. It can seem to be foolish. But, as far as I see all this research can be operated with obsolete materials. In addition, the price of electronics and computers has been considerably lowered since 20 years. Many very good researchers, now retired, joined us. So that we have decided to set up a lab, in the south of France. Presently we collect obsolete systems : condensators banks, electric supplies with various voltage, low and high, ignitrons, klystrons, optical devices and so on, and we store it. When we will have all the necessary, we will go into action, soon, we hope.
...Now, let us have a look to some of the new ideas.
...If you click there, you will read the Note aux Comptes rendus de l'Académie des science, published in 1975. If you don't read french, some brief explanations. Following, the three first illustrations. On figure 1, a disk-shaped machine, with an equatorial solenoid, whose alternative electric current creates an alternative magnetic field. This one (thanks to Mr Maxwell) creates an induced electric field E' with tends to create circular induced electric currents. Combining these currents J' to the instant value of the magnetic field we get radial forces (Hall effect is considered as neglectible) we get a system of time-dependent radial forces **J **' x B, which are directed towars the outside and towards the center, alternatively. So that the idea was the following : Suppose we can create a non-steady ionization at the vicinity ot the disk, controlled in time, we could act on the fluid, using radial centrifugal forces when they are present, of the top of the disk and radial centripetal forces, when this force is reversed, at the bottom of the disk-shaped machine.
...On the next figure, the expected induced gas flow; around our disk-shaped machine :
...The computations said that the suction effect could be very strong, strong enough to cancel any schock wave formation at the stagnation point of the machine (it moves along its axis). The technical problem was to modulate the ionization at the vicinity of the wall, in time. We imagined first a device looking like a "wolf trap" :
...Imagine a "small size" conical hole, in the wall and, along its axis, a "pin". At the junction cone-plane, a circular electrode (anode). The central electrone (pin like) is charged negatively. Thne an electric discharge forms in the surrounding air, as shown above. The subsequent magnetic field, associated to this electric discharge, tends to push the free electrons away and to give them energy. We thaught that it could prduce short lifetime negative ions in air, making possible MHD interaction during the lifetime of such ions. In a well equiped lab such reseach could have be carried out, but we had none. Since 1973 I was in an astronomical observatory, which is not an optimum place to perform plasma physics experiments.
...Anyway, at this end of the seventies, some interesting aspect of the machine was discovered. Good plasma specialists know that magnetic pressure tends to blow away electric discharges. We experienced that in low pressure air experiments. The solution was rapidly found. Instead creating a B field whose maximum value was in the symmetry plane (created by a single equatorial coil), we decided to use three, a big one and two smaller, as shown on the next figure :
...Left : the axis of the machine. Up and right, the schematic disposition of the three coils, showing the way the electric currents flow in. On the figure, the magnetic lines. We see that the maximum B surface is close to a portion of a cone (containing the circles of two coils). Gray area : the confinment volume, in which the plasma tends to lie. Immediate success, experimentally. Then the wall of the machine, to optimize the MHD interaction, must be orthogonal to the magnetic lines. Finally, this is the typical aspect of our electrodeless MHD aerodyne, using induction phenomena and pulsed ionization, optimized on MHD grounds :
...You see why we got some problems with the scientific community, army, politicians, and so on.
...Short-duration ionization was difficult to manage.
**Cold gas MHD experiments. **
...But, recently, a new idea came, which is summarized on the following figure :
...The walls of the model are teflon made. In the two teflon shells, coils are imbedded (the equatorial one and the two "confinment coils"). Two klystrons will be used, corrected to two separate wave guides. These two are shown on the figure. They are coaxial brass cylinders. When one is in operation, the second one is out, and so on. Mingled thin brass lamellas (red) act as a diffuser and spray mycrowaves. The brass plate locate in the plane of symmetry prevents the microwaves used to ionize the air on the opposite side of the machine. Onnext figure we show the model when the microwaves flow along the central channel, are duffused by the thin mingled brass lamellas, at the top part, cross the teflon then and create a thin layer of ionized air. 3 GHz microwaves are optimum to ionize atmospheric pressure air, and ionized gaz absorbs microwaves. That's for the ionization will be confined in a thin layer.
..It seems relatively simple, wich such device, to create time-dependant ionization state at the vicinity of a disk-shaped model. It is simple, too, to synchronize the alternative electric currents in the three coils. So that such model could suck the air just in front very strongly. Depends on the intensity of the magnetic field, of course (the MHD interaction parameter must be strong enough). It is not necessary to cancel de shock waves during a long time. Only short duration tests can be operated, in a short durction wind tunnel. We will have to build it. Schematically, this wind tunnel is based on a big vacuum tank, whose content is removed, at each test, by a powerful vacuum pump (we already have it). Left : the supersonic channel. Between the channel and the tank : a mylar mebran. When the pumps makes the pressure low enough in the tank, the membrane breaks. Typical duration of the flow : several tenth of second.
...This simple idea was exciting enough to decide to restart MHD research. Next image : another niew of the disk-shaped model :
...Next : expected gas flow, around a "passive" model. Schock waves system.
Next : the flow, after shock wave cancellation by Lorentz forces action :
...We have planed to make experiences on "MHD hydrodynes", i.e. large velocity submarines.
Hot gas MHD experiments.
...In the lab a shock driven wind tunnel will be built (so-called shock tube). On the next figure, a schematic view of the MHD plant.
..Next figure : the MHD part of the plant.
...The next image shows the two coils and the MHD channel :
...In such plants, in 1967, plasma accelerations had been successfully operateur at the Institut de Mécanique des Fluides de Marseille, evidencing the efficiency of the Lorentz forces to control a supersonic flow. Inlet velocity (pure argon, one bar, 10,000°K) : 2750 m/s. Outlet velocity : 8000 m/s !!
Next, the position of the flat wing model ine the supersonic mind tunnel, in the experience planned in 1987 :
...The phd thesis of Bertrand Lebrun (1987), publications in the European Jr of Mechanics, plus two presentations in international MHD meetings (Tsukuba, 1987, Pekin, 1990) focussed on front shock wave cancellation if hot argon flow (10,000°K) provided by a shock driven wind tunnel. Today we intend to set up this key-experiment. Schematically the existence of an attached shock, at the front part of some sort of "wing" ( 2d flow) can be evidenced by laser interferometry (developped in the Institute of Fluids Mechanics of Marseille in 1965). On the right, the picture we expect to get, is the front shock is cancelled in this hot argon flow.
...As we have now the (theoretical) possibility to operate in cold gas, this expriment in hot argon can seem superflous. But we prefer to deal with these two goals, as "parallel researchs".