Αρχή του MHD4
...Για παράδειγμα, αν βυθίζαμε ένα τέτοιο μοντέλο, χωρίς να το εξοπλίσουμε παρά μόνο με μία ζεύγος ηλεκτροδίων, τη μεσαία, και το τοποθετούσαμε σε βραχυκύκλωμα, θα προκαλούταν ένας ρεύματος, που θα κλειόταν στο αέριο, με αποτέλεσμα να επιβραδύνεται σημαντικά:
...Ένα τέτοιο προφίλ πτερυγίου, βυθισμένο σε ένα αέριο πολύ αγώγιμο (ή καταστερεωμένο αγώγιμο), συμπεριφέρεται ως ένας "μηχανισμός MHD" υψηλής ισχύος. Είναι ένας "μετατροπέας MHD". Πού προέρχεται η ενέργεια; Απλά από την κινητική ενέργεια του ρευστού και η εξαχνωμένη ισχύς συνοδεύεται από απώλεια κινητικής ενέργειας στο ρευστό, με τη φυσική επιβράδυνσή του.
...Το 1965 εφαρμόζαμε ηλεκτρικούς μηχανισμούς MHD, που εκτελούσαν την άμεση μετατροπή της κινητικής ενέργειας ενός ρευστού σε "σωλήνα MHD τύπου Faraday". Η γεωμετρία είναι διαφορετική, αλλά το αρχικό πρότυπο είναι το ίδιο. Παρακάτω, το σχήμα ενός μηχανισμού MHD Faraday, με την ποσότητα της διατομής του.
...Επόμενη εικόνα, οι σολενοειδή αφαιρεθεί, η διάταξη των "τμηματικών" ηλεκτροδίων (για να επιτευχθεί μια καλύτερη κατανομή της παροχής του ρεύματος στην ποσότητα).
...Στις πειραματικές δοκιμές που είχαμε εκτελέσει τη δεκαετία του '60 στο Ινστιτούτο Μηχανικής Ρευστών της Μαρσείλλης, εισάγαμε σε αυτόν τον σωλήνα ένα ρεύμα αργόντος στους 10.000°K, υπό ένα bar, που εισερχόταν με ταχύτητα 2500 μέτρων ανά δευτερόλεπτο. Το μαγνητικό πεδίο φθάνει τα 2 τεσλά, οπότε το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ήταν:
2500 x 2 = 5000 βολτ/μέτρο
..Η απόσταση μεταξύ των ζευγών των αντίπερα ηλεκτροδίων ήταν 5 εκατοστά, οπότε η τάση ήταν 250 βολτ. Προσθέτοντας 40 βολτ (τάση που σχετίζεται με φαινόμενα τοιχώματος κοντά στις ηλεκτρόδια), η τάση ήταν 210 βολτ.
...Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αργόντος, η οποία φέρεται σε τέτοια θερμοκρασία, είναι 3500 μhos ανά μέτρο, οπότε προέκυψε μια πυκνότητα ρεύματος J = s E = s V x B = 735.000 αμπέρ ανά τετραγωνικό μέτρο.
περίπου 73,5 αμπέρ ανά τετραγωνικό εκατοστό. Για μήκος σωλήνα 10 εκατοστών και πλάτος 5 εκατοστών (50 τετραγωνικά εκατοστά), αυτό έδινε ένα μέγιστο ρεύμα σε βραχυκύκλωμα, 3675 αμπέρ.
...Όταν οι ηλεκτρόδια βρίσκονταν σε βραχυκύκλωμα, το ρεύμα ήταν μέγιστο, η ολική δύναμη Laplace ήταν αρκετά ισχυρή, όπως έδειξε το πείραμα, για να επιβραδύνει το αέριο μέχρι να προκύψει μια ευθεία κρουστική κύματος, που προέκυψε χωρίς κανένα άλλο εμπόδιο παρά μόνο αυτή την ηλεκτρομαγνητική δύναμη.
...Το αέριο που φτάνει με υπερηχητική ταχύτητα σε ένα λεπτό προφίλ έχει τη δική του ενέργεια, η οποία μπορεί να εκμεταλλευτεί. Η ενέργεια που χρειαζόταν για να καταστρέψει το σύστημα των κρουστικών κυμάτων ήταν η ενέργεια που χρειαζόταν για να επιταχύνει το αέριο, κοντά στο πρόσθιο και στο πίσω όριο, λιγότερο από αυτή που παρήχθη από την επιβράδυνσή του, σχετική με τη λειτουργία της μεσαίας ζεύγους ηλεκτροδίων.
...Αυτό το αποτέλεσμα ήταν πολύ ενδιαφέρον, γιατί δείχνει ότι η ενέργεια που χρειαζόταν για να καταστρέψει αυτά τα κύματα ήταν χαμηλότερη από ό,τι θα μπορούσε να φανταστεί κανείς αρχικά. Η απώλεια ήταν κυρίως στο φαινόμενο Joule. Σε περίπτωση μηχανής που κινείται σε ψυχρό αέρα θα προστεθεί η ενέργεια που χρειαζόταν για την ιονισμό του αερίου με μικροκύματα, ενέργεια που είχαμε επίσης υπολογίσει.
...Πώς ενεργούν οι δυνάμεις Laplace στην κλίση των κυμάτων Mach;
...Είναι πολύ απλό. Όταν ο σωλήνας MHD λειτουργεί για παράδειγμα ως γεννήτρια, δηλαδή επιβραδύνει το ρευστό, αυτό είναι το εξελισσόμενο των κυμάτων Mach στον σωλήνα:
...Πρόκειται για ένα μέτριο επιβραδυνόμενο ρευστό. Τα κύματα φαίνονται να συμπιέζονται όπως τα στοιχεία ενός αυλού. Οι ηλεκτρόδια είναι "φορτισμένα", το οποίο περιορίζει την πυκνότητα του ρεύματος. Με αυτόν τον τρόπο κατανοείται πώς μια πιο έντονη επιβράδυνση μπορεί να προκαλέσει μια κρουστική κύματος: όταν επιβραδύνει την ταχύτητα μέχρι να γίνει υποηχητική. Τα κύματα Mach συμπυκνώνονται τότε, όπως ένα αυλό, αυτό συσσωρεύει τις διαταραχές πίεσης. Το κρουστικό κύμα δημιουργείται τότε, το οποίο μετακινείται γρήγορα προς την είσοδο του σωλήνα, σταθεροποιώντας μπροστά από το πρώτο "streamer" (ρεύμα ηλεκτρικού ρεύματος που προέρχεται από την πρώτη ζεύγος ηλεκτροδίων), σαν να αποτελούσε ένα είδος αόρατου εμποδίου.
...Αν, αντίθετα, εισάγουμε ηλεκτρική ισχύ στο σύστημα, ο σωλήνας συμπεριφέρεται ως ένας επιταχυντής MHD Faraday. Τα κύματα Mach τείνουν να επιπεδωθούν:
...Αυτή η επιτάχυνση MHD μπορεί να εντοπιστεί επίσης τη δεκαετία του '60, στο εργαστήριο όπου εργαζόμουν. Αποδείχτηκε πολύ αποτελεσματική. Η ταχύτητα στην είσοδο του σωλήνα ήταν 2500 m/s, παρήχθηκαν ταχύτητες εξόδου πάνω από 8000 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, που αντιπροσωπεύει μια αύξηση ταχύτητας πάνω από πέντε χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο σε απόσταση μόλις δέκα εκατοστών.
...Αυτά τα πειράματα δείχνουν την απίστευτη αποτελεσματικότητα της ενέργειας MHD σε ένα αέριο, αν αυτό έχει αρκετό βαθμό ιονισμού. Για πληροφόρηση, αυτή η ηλεκτρική αγωγιμότητα (3500 mhos/m) αντιστοιχούσε σε βαθμό ιονισμού 10-3 (ένα άτομο από τα χίλια έγινε ιόν) στο αργόν.
...Σε ψυχρό αέρα θα χρειαζόταν να ιονιστεί "τεχνητά", για παράδειγμα, υποβάλλοντας το περιβάλλον αέριο σε ροή μικροκυμάτων στα 3 γιγαχερτζ, τα οποία θα είχαν ως αποτέλεσμα την απομάκρυνση ηλεκτρονίων από το πιο εύκολα ιονιζόμενο συστατικό: το νιτρικό οξείδιο NO. Μπορεί επίσης να εξεταστεί η υποστολή ενός αλκαλικού, με χαμηλό δυναμικό ιονισμού, όπως το κέσιο ή το νάτριο.
...Έτσι, ο Lebrun και εγώ είχαμε κάνει όλους αυτούς τους υπολογισμούς στο πλαίσιο μιας διδακτορικής διατριβής χρηματοδοτούμενης από το CNRS, τη δεκαετία του '80. Το αποτέλεσμα των υπολογιστικών προσομοιώσεων ήταν ένα ρεύμα πλήρως "παραμορφωμένο", χωρίς κρουστικά κύματα. Στην εικόνα παρακάτω, απεικονίζονται οι δύο οικογένειες των κυμάτων Mach.
...Αυτή η θεωρητική εργασία έχει συμπληρωθεί από πειράματα υδραυλικής αναλογίας, πάντα με αυτό το σύστημα των τριών ζευγών ηλεκτροδίων. Τα κύματα της πρύμνης και της προστιθέμενης μπορούσαν να καταστραφούν. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του οξικού νερού ήταν πολύ χαμηλή, οπότε δεν ήταν ερμηνεύσιμο να χρησιμοποιηθεί η ενέργεια του ρευστού για να βελτιωθεί το ισοζύγιο ενέργειας. Το αποτέλεσμα είναι το ίδιο με αυτό που παρουσιάστηκε παραπάνω. Το αποτέλεσμα είναι ότι προκύπτει ένα ρεύμα όπου το ρευστό παραμένει "επίπεδο":
Ο αναγνώστης που ενδιαφέρεται μπορεί να βρει ορισμένα από αυτά τα στοιχεία στην κινουμένη ταινία μου "Ο Τοίχος της Σιωπής" (βλ. cd-rom Lanturlu).
Πώς να υλοποιήσετε αυτές τις έρευνες.
...Αυτές οι ιδέες είναι ελκυστικές. Ανοίγουν μια νέα μηχανική υπερηχητικών ρευστών, όπου αντί να υποφέρουμε από τα κρουστικά κύματα ως φαινόμενα αναπόφευκτα, μπορούμε αντίθετα να τα αποφύγουμε.
...Το πρόβλημα της MHD είναι να μπορεί να εργαστεί σε ένα αέριο με αρκετή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Σε είκοσι χρόνια εργασίας, βέβαια, εξερευνήσα