Η διακεκομμένη γραμμή αντιπροσωπεύει την περιοχή όπου το ρευστό αρχίζει να απομακρύνεται για να κάνει χώρο στο αντικείμενο.
Στην υπερηχητική ροή, αυτά τα ήχους δεν μπορούν πλέον "να ενημερώσουν το ρευστό" πριν το αντικείμενο φτάσει σε αυτό. Το αέριο είναι τότε "απρόσεκτο" και η αντίδρασή του είναι να σχηματίσει κύματα σοκ. Η ιδέα ήταν να βρεθεί ένας τρόπος να ενεργήσει από απόσταση, προς τα πίσω του αντικειμένου, για να ελέγξει το αέριο προκαλώντας την απομάκρυνσή του.
Μια πρώτη λύση αναφέρεται στην εισόδευση ενός προφίλ πτέρυγας σε αέρα, σε υπερηχητική ταχύτητα. Ξέρουμε ότι το αποτέλεσμα της επαφής αυτού του αντικειμένου με τον αέρα προκαλεί την απότομη επιβράδυνσή του. Φαίνεται λοιπόν λογικό να ευνοήσουμε τη ροή του αερίου κατά μήκος του προφίλ, κοντά στο πρόσθιο άκρο, ταυτόχρονα με την έναρξη της επιβράδυνσης του αερίου προς τα πίσω. Αυτό είναι δυνατό με την εφαρμογή ενός μαγνητικού πεδίου κάθετα στο επίπεδο της εικόνας, τοποθετώντας δύο ηλεκτρόδια στην επιφάνεια, όπως φαίνεται. Οι γραμμές του ηλεκτρικού ρεύματος που ρέουν στο αέριο φαίνονται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια δύναμη Λαπλάς (ή Λόρεντζ, για τους Αγγλοσαξόνες), η οποία υπακούει στον "κανόνα των τριών δακτύλων".
Παρακάτω, το γενικό σχήμα του πεδίου δυνάμεων ηλεκτρομαγνητικών, κάθετα στις γραμμές του ηλεκτρικού ρεύματος.
Έτσι κερδίζουμε σε τρία επίπεδα:
- Προσεγγίζοντας το όχημα, αρχίζουμε να επιβραδύνουμε το ρευστό προς τα πίσω.
- Ξεκινάμε ένα φαινόμενο απομάκρυνσης του ρευστού.
- Ευνοούμε τη ροή του κατά μήκος της επιφάνειας.
Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη ανά μονάδα όγκου είναι J B, όπου B είναι η ένταση του μαγνητικού πεδίου, μετρούμενη σε teslas (ένα tesla ισούται με 10.000 gauss), και J είναι η πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος, σε αμπέρ ανά τετραγωνικό μέτρο. Η δύναμη εκφράζεται τότε σε νιούτον ανά κυβικό μέτρο.
Μια ένταση που θα ήταν απλά ένα αμπέρ ανά τετραγωνικό εκατοστό (10.000 αμπέρ ανά τετραγωνικό μέτρο), συνδυασμένη με ένα πεδίο 10 teslas, θα έδινε μια δύναμη 10 τόνων ανά κυβικό μέτρο αερίου, αρκετή για να επιβάλει στη ροή τα επιθυμητά αποτελέσματα.
Η δύναμη είναι ισχυρότερη κοντά στα ηλεκτρόδια όπου το ρεύμα συγκεντρώνεται και η πυκνότητα του ρεύματος είναι μεγαλύτερη.
Το πρόβλημα είναι βεβαίως να περάσει ένα τέτοιο ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα μέσο που είναι αρχικά ένας καλός μονωτής, σε συνηθισμένες θερμοκρασίες: τον αέρα. Θα ασχοληθούμε με αυτό το θέμα στη συνέχεια.
Σε πρώτο στάδιο, το 1976, επιλέξαμε προσομοιώσεις βασισμένες σε υδραυλικές εμπειρίες. Το ρευστό ήταν νερό με οξύ (για να γίνει πιο αγώγιμο). Υπήρχε ακόμα το πρόβλημα του σχεδιασμού της πειραματικής διάταξης. Διαθέτουμε μια διάταξη μαγνητικού πεδίου που παράγει ένα tesla σε λίγα κυβικά εκατοστά. Η ταχύτητα της ροής ήταν 8 εκατοστά ανά δευτερόλεπτο. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3, έτσι είναι δυνατό να υπολογιστεί η ελάχιστη τιμή του J ώστε ο παράγοντας αλληλεπίδρασης:
όπου L είναι μια χαρακτηριστική διάσταση της μοντέλου.
Η καταστροφή της κυματικής προπύργου έγινε στην πρώτη δοκιμή (1976). Εργαζόμασταν σε μοντέλα λεμβοειδή, αλλά οι πρώτες δοκιμές έγιναν σε κυλινδρικό μοντέλο, στο οποίο η κυματική προπύργου προσομοιώνει ένα αποκομμένο κύμα σοκ, που εμφανίζεται σε απόσταση από ένα κυλινδρικό εμπόδιο:
Πάντα με ένα μαγνητικό πεδίο κάθετο στο επίπεδο της εικόνας, η καταστροφή της κυματικής προπύργου επιτεύχθηκε με τη χρήση δύο ηλεκτροδίων που τοποθετήθηκαν όπως φαίνεται στην εικόνα. Η διάταξη των πολικών τμημάτων του ηλεκτρομαγνήτη φαίνεται επίσης. Διάμετρος του μοντέλου: 7 mm. Πλάτος των ηλεκτροδίων που ενσωματώνονται στην επιφάνεια: 2 mm.
Η παραπάνω εικόνα δείχνει τα κύματα χωρίς ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, ενώ η επόμενη δείχνει μετά την καταστροφή της προπύργου.
Οι δυνάμεις Λαπλάς, που σχετίζονται με τη διέλευση του ρεύματος στο οξικό νερό, συνδυασμένες με το τέμνον μαγνητικό πεδίο αντιστοιχούν στην παρακάτω εικόνα:
Αυτές οι δυνάμεις είναι ιδιαίτερα ισχυρές κοντά στα ηλεκτρόδια, όπου το ρεύμα συγκεντρώνεται (μέγιστη πυκνότητα ρεύματος J). Προς τα πίσω, προκαλούν την επιβράδυνση του ρευστού. Ωστόσο, αυτό το πεδίο δυνάμεων δεν είναι αρκετό για να προκαλέσει την πλήρη καταστροφή του συστήματος των κυμάτων. Στις πειραματικές δοκιμές με ένα κυλινδρικό εμπόδιο, που έχει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτροδίων, αυτά τα κύματα απλά συγκεντρώνονταν στην πλευρά του μοντέλου. Ωστόσο, όπως φαίνεται στην εικόνα, ήταν αρκετό για να δημιουργήσει μια υποπίεση στο "σημείο στάσης", αποδεικνύοντας ότι ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί επίσης για την πρόωση MHD.
Η καταστροφή ολόκληρου του συστήματος των κυμάτων μπορεί να εξασφαλιστεί, όπως μπορεί να επιβεβαιωθεί, πάντα με τις ίδιες υδραυλικές προσομοιώσεις, γύρω από ένα λεμβοειδές μοντέλο, χρησιμοποιώντας τώρα τρία ζεύγη ηλεκτροδίων. Πράγματι, αν αναφερθούμε σε μια προηγούμενη εικόνα, βλέπουμε ότι η εμφάνιση των κυμάτων Μαχ προκαλείται από την επικάλυψη των κυμάτων Μαχ, σε δύο περιοχές, προς τα πίσω και προς τα εμπρός.
Ήμαστε οι πρώτοι (διδακτορική διατριβή του Bertrand Lebrun) που εισήγαγαν την κεντρική ιδέα της ρύθμισης μιας υπερηχητικής ροής με τις δυνάμεις Λαπλάς, επιβάλλοντας γύρω από ένα μοντέλο ένα σύστημα παράλληλων κυμάτων Μαχ:
Η δεύτερη οικογένεια χαρακτηριστικών, των κυμάτων Μαχ, δεν έχει αναπαρασταθεί.
Τρεις ενέργειες είναι απαραίτητες:
-
Να αποτρέψουμε τα κύματα Μαχ να επανατοποθετηθούν κοντά στο πρόσθιο άκρο του μοντέλου, επιταχύνοντας το ρευστό σε αυτή την περιοχή.
-
Να τα αποτρέψουμε να καταπονηθούν (στο "φτερό αποκοπής") στην πλευρά του.
-
Τέλος, να επιταχύνουμε ξανά κοντά στο πίσω άκρο.
Έτσι, ένα σύστημ