Beginn von MHD3
..Die gestrichelte Linie soll die Region darstellen, in der sich das Fluid vom Objekt entfernt, um Platz zu schaffen.
...Im Überschall können diese Schallwellen das Fluid nicht mehr "informieren", bevor das Objekt darauf trifft. Das Gas wird daher "überrascht" und reagiert, indem es Schockwellen bildet. Ziel war daher, eine Methode zu finden, um von vornherein, vor dem Objekt, auf Distanz zu wirken, um das Gas dazu zu bringen, Platz zu machen.
..Eine erste Lösung bezieht sich auf die Eindringung eines Flügelprofils in Luft mit Überschallgeschwindigkeit. Es ist bekannt, dass die Wirkung des Aufpralls dieses Objekts auf die Luft eine plötzliche Verlangsamung verursacht. Es erschien daher logisch, den Gasstrom entlang des Profils in der Nähe des Angriffskanten zu erleichtern und gleichzeitig die Verlangsamung des Gases vor dem Objekt einzuleiten. Dies ist möglich, indem ein senkrecht zur Zeichenebene angeordnetes Magnetfeld erzeugt wird, wobei zwei Wandelektroden wie dargestellt angebracht werden. Die Stromlinien im Gas sind eingezeichnet. Dadurch entsteht eine Lorentz-Kraft (Laplace-Kraft, bei Anglosachsen), die der "Drei-Finger-Regel" folgt.
..Im Folgenden die allgemeine Gestalt des elektromagnetischen Kraftfeldes senkrecht zu den Stromlinien.
.. Auf diese Weise erzielt man drei Vorteile:
..- Vor dem Fahrzeug beginnt man, das Fluid vor dem Objekt zu verlangsamen.
..- Man initiiert eine Ablenkung des Fluids.
...- Man erleichtert den Strömungsablauf entlang der Wand.
...Die elektromagnetische Kraft pro Volumeneinheit beträgt J B, wobei B die Stärke des Magnetfeldes in Tesla (1 Tesla entspricht 10.000 Gauss) und J die Stromdichte in Ampere pro Quadratmeter ist. Die Kraft wird dann in Newton pro Kubikmeter angegeben.
..Eine Stromstärke von lediglich einem Ampere pro Quadratzentimeter (10.000 Ampere pro Quadratmeter), kombiniert mit einem Feld von 10 Tesla, ergäbe eine Kraft von zehn Tonnen pro Kubikmeter Gas, ausreichend, um dem Strömungsvorgang die gewünschten Effekte aufzuzwingen.
..Die Kraft ist am stärksten in der Nähe der Elektroden, wo der Strom konzentriert ist und die Stromdichte am höchsten ist.
..Das Problem liegt natürlich darin, einen solchen elektrischen Strom durch ein Medium zu leiten, das bei normaler Temperatur ein hervorragender Isolator ist: die Luft. Dieses Problem werden wir später behandeln.
..Zunächst entschieden wir uns 1976 für Simulationen auf Basis hydraulischer Experimente. Das Fluid war saure Wasser (um es elektrisch leitfähiger zu machen). Es galt nun, das Experiment zu dimensionieren. Wir verfügen über eine Magnetfeldanlage, die in einigen Kubikzentimetern ein Feld von einem Tesla erzeugt. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 8 cm pro Sekunde. Da die Dichte des Wassers 1000 kg/m³ beträgt, ist es möglich, den minimalen Wert von J zu berechnen, sodass der Interaktionsparameter:
wobei L eine charakteristische Abmessung des Modells ist.
...Die Beseitigung der Wellenfront wurde bereits beim ersten Versuch (1976) erreicht. Wir arbeiteten an linsenförmigen Modellen, doch die ersten Versuche wurden an einem zylindrischen Modell durchgeführt, bei dem sich eine Wellenfront bildete, die einer abgelösten Schockwelle entsprach und sich in einiger Entfernung von einem zylindrischen Hindernis ausbildete:
..Immer mit einem senkrecht zur Zeichenebene gerichteten Magnetfeld wurde die Beseitigung der Wellenfront durch zwei Elektroden erreicht, wie in der Abbildung dargestellt. Auch die Anordnung der Polstücke des Elektromagneten ist gezeigt. Durchmesser des Modells: 7 mm. Breite der in die Wand eingelassenen Elektroden: 2 mm.
...Die obige Abbildung zeigt die Wellen ohne elektromagnetische Kräfte, die folgende nach Beseitigung der Frontwelle.
...Die Laplace-Kräfte, hervorgerufen durch den Stromfluss im sauren Wasser, kombiniert mit dem querliegenden Magnetfeld, entsprechen der folgenden Abbildung:
..Diese Kräfte sind besonders stark in der Nähe der Elektroden, wo sich der Strom konzentriert (maximale Stromdichte J). Vor dem Modell verursachen sie eine Verlangsamung des Fluids. Doch dieses Kraftfeld ist nicht ausreichend, um das gesamte Wellensystem vollständig zu beseitigen. In Experimenten mit einem zylindrischen Hindernis, das nur eine Elektrodenreihe besaß, wurden die Wellen lediglich im Nachlauf des Modells konzentriert. Allerdings reichte dies aus, wie in der Abbildung gezeigt, um eine Druckabsenkung am "Stillpunkt" zu erzeugen, was belegt, dass ein solches System zusätzlich zur MHD-Antriebstechnik verwendet werden könnte.
...Die vollständige Beseitigung des gesamten Wellensystems konnte, wie nachgewiesen wurde, ebenfalls durch hydraulische Simulationen um ein linsenförmiges Modell erreicht werden, indem dieses Mal drei Elektrodenpaare verwendet wurden. Tatsächlich zeigt eine frühere Abbildung, dass die Entstehung der Mach-Wellen durch das Übereinanderlegen von Mach-Wellen in zwei Regionen, vor und nach dem Objekt, verursacht wird.
...Wir waren die Ersten (Dissertation von Bertrand Lebrun), der den Schlüsselbegriff der Regelung eines Überschallstroms mittels Laplace-Kräften durch die Schaffung paralleler Mach-Wellen um ein Modell einzuführen:
..Die zweite Familie von Merkmalen, die Mach-Wellen, wurde nicht dargestellt.
...Drei Maßnahmen sind daher erforderlich:
...- Verhindern, dass die Mach-Wellen in der Nähe der Angriffskante des Modells wieder aufgerichtet werden, indem man das Fluid in dieser Region beschleunigt.
...- Verhindern, dass sie sich (im "Entspannungsfan") an der Seite ablegen.
..- Schließlich erneut in der Nähe der Austrittskante beschleunigen.
..Daraus ergibt sich ein System aus drei Wandelektroden:
...Das Magnetfeld war senkrecht zur Zeichenebene, aber um das geeignete Kraftfeld zu erzeugen, war es notwendig (in den am Computer durchgeführten Simulationen), dieses zu "formen", was durch die Verwendung mehrerer gekoppelter Spulen möglich gewesen wäre. In der Nähe der Elektroden waren die Laplace-Kräfte schematisch wie folgt angeordnet:
...Die Dissertation von Lebrun (Veröffentlichung auf dem 7. internationalen MHD-Kongress in Tsukuba, Japan, und dem 8. internationalen Kongress in Peking, 1990, sowie in der Zeitschrift The European Journal of Physics) bewies die theoretische Machbarkeit der Operation. Dieses Ergebnis ist aus mehreren Gründen interessant. Denn wenn man das Fluid beschleunigt, verleiht man ihm Energie, während es bei Verlangsamung die Energie abgibt. Warum? Weil die Bewegung des Fluids entlang des Modells mit der Geschwindigkeit V eine elektromotorische Kraft V × B erzeugt. Diese Kraft tendiert dazu, eine Stromdichte J = σ (V × B) zu erzeugen, wobei σ die elektrische Leitfähigkeit ist, die zusammen mit dem Magnetfeld gemäß der Laplace-Kraft J × B = σ (V × B) × B wirkt.
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