Για παράδειγμα, αν βυθιζόταν μια τέτοια μοντέλο, χωρίς να έχει παρά μόνο μια ζεύγος ηλεκτροδίων, τη μεσαία ζεύγος, και αν τοποθετούνταν σε βραχυκύκλωμα, θα προκαλούσε την παρουσία ρεύματος, που θα κλειόταν στο αέριο, με αποτέλεσμα να επιβραδύνεται σημαντικά:
Ένα τέτοιο προφίλ πτερύγιο, βυθισμένο σε ένα αέριο πολύ αγώγιμο (ή για να γίνει αγώγιμο), συμπεριφέρεται ως ένας "μεγάλης ισχύος γεννήτριας MHD". Είναι ένας "μετατροπέας MHD". Πού προέρχεται η ενέργεια; Απλά είναι η κινητική ενέργεια του ρευστού και η εξαχνωτική ισχύς συνοδεύεται από μια απώλεια κινητικής ενέργειας στο ρευστό, από τη φυσική επιβράδυνσή του.
Το 1965 εφαρμόζαμε ηλεκτρικούς γεννήτριες MHD, που εκτελούσαν την άμεση μετατροπή της κινητικής ενέργειας ενός ρευστού σε "πηγαδάκι MHD τύπου Faraday". Η γεωμετρία είναι διαφορετική, αλλά το αρχικό αρχικό είναι το ίδιο. Παρακάτω, το σχέδιο ενός γεννήτριας MHD Faraday, με την ποσότητα της περιοχής τετράγωνης διατομής.
Η επόμενη εικόνα, οι σολενοειδή αφαιρούνται, η διάταξη των "τμηματικών" ηλεκτροδίων (για να επιτευχθεί μια καλύτερη κατανομή της διέλευσης του ρεύματος στην ποσότητα).
Στις πειραματικές εργασίες που είχαμε πραγματοποιήσει το 1960 στο Ινστιτούτο Μηχανικής Ρευστών του Μαρσείλλης, εισάγαμε σε αυτό το πηγάδι ένα ρεύμα αργόνου στους 10.000°K, υπό ένα bar, εισερχόμενο με ταχύτητα 2500 μέτρων ανά δευτερόλεπτο. Το μαγνητικό πεδίο φθάνει τα 2 τεσλά, οπότε το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ήταν:
2500 x
2 = 5000 βολτ ανά μέτρο
Η απόσταση μεταξύ των ζευγών ηλεκτροδίων που βρίσκονται απέναντι είναι 5 cm, οπότε η διαφορά δυναμικού ήταν 250 βολτ. Προσθέτοντας 40 βολτ (τάση που σχετίζεται με φαινόμενα τοιχώματος κοντά στις ηλεκτρόδια), έτσι 210 βολτ.
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αργόνιου, η οποία φέρεται σε τέτοια θερμοκρασία, είναι 3500 mhos ανά μέτρο, οπότε παρατηρούσαμε 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 πηγαδιού 10 εκατοστών και πλάτος 5 εκατοστών (50 τετραγωνικά εκατοστά), αυτό έδινε ένα μέγιστο ρεύμα, σε βραχυκύκλωμα, 3675 αμπέρ.
Όταν οι ηλεκτρόδια ήταν σε βραχυκύκλωμα, το ρεύμα ήταν μέγιστο, η συνολική δύναμη Laplace ήταν αρκετά ισχυρή, όπως δείχνει το πείραμα, για να επιβραδύνει το αέριο μέχρι να προκαλέσει μια ευθεία κρουστική κύμα, που προέκυψε χωρίς άλλο εμπόδιο παρά μόνο αυτή την ηλεκτρομαγνητική δύναμη.
Το αέριο που φθάνει με υπερηχητική ταχύτητα σε ένα λεμβοειδές προφίλ έχει τη δική του ενέργεια, η οποία μπορεί να εκμεταλλευτεί. Η ενέργεια που χρειαζόταν για να αφαιρεθεί το σύστημα των κρουστικών κυμάτων ήταν η ενέργεια που χρειαζόταν για να επιταχύνει το αέριο, κοντά στο προφίλ εισόδου και στο προφίλ εξόδου, 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 καταστραφούν αυτά τα κύματα ήταν χαμηλότερη από ό,τι θα μπορούσε να φανταστεί κανείς από πριν. Η απώλεια ήταν κυρίως στο φαινόμενο Joule. Στην περίπτωση μιας πτητικής 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 η πηγαδική MHD λειτουργεί για παράδειγμα ως γεννήτρια, δηλαδή επιβραδύνει το ρευστό, έτσι είναι η εξέλιξη των κυμάτων Mach στο πηγάδι:
Πρόκειται για ένα μέτριο επιβραδυνόμενο ρευστό. Τα κύματα φαίνονται να συμπιέζονται όπως τα στοιχεία ενός αυτοκινήτου. Τα ηλεκτρόδια είναι "φορτωμένα", περιορίζοντας την πυκνότητα του ρεύματος. Ενώ παρατηρούμε πώς μια πιο έντονη επιβράδυνση μπορεί να προκαλέσει ένα κρουστικό κύμα: όταν μειώνει την ταχύτητα μέχρι το αέριο να τείνει να γίνει υποηχητικό. Τα κύματα Mach τότε συμπυκνώνονται, όπως ένα αυτοκίνητο, αυτό συσσωρεύει τις διαταραχές πίεσης. Το κρουστικό κύμα προκύπτει τότε, που κινείται γρήγορα προς την είσοδο του πηγαδιού, σταθεροποιώντας μπροστά από το πρώτο "streamer" (ρεύμα ηλεκτρικού ρεύματος που προέρχεται από την πρώτη ζεύγος ηλεκτροδίων), σαν να αποτελούσε ένα είδος αδιαφανούς εμποδίου.
Αν, αντίθετα, εισάγουμε ηλεκτρική ισχύ στο σύστημα, το πηγάδι συμπεριφέρεται ως ένας MHD επιταχυντής Faraday. Τα κύματα Mach τείνουν να καταπονηθούν:
Αυτή η MHD επιτάχυνση μπορεί να παρατηρηθεί επίσης το 1960, στο εργαστήριο όπου εργαζόμουν. Αποδείχτηκε πολύ αποτελεσματική. Η ταχύτητα στην είσοδο του πηγαδιού ήταν 2500 m/s, παρατηρήσαμε ταχύτητες εξόδου πάνω από 8000 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, που αντιπροσωπεύει ένα κέρδος ταχύτητας πάνω από πέντε χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο σε απόσταση μόλις δέκα εκατοστών.
Αυτά τα πειράματα δείχνουν την απίστευτη αποτελεσματικότητα της MHD επίδρασης σε ένα αέριο, αν αυτό διαθέτει αρκετό βαθμό ιονισμού. Για πληροφόρηση, αυτή η ηλεκτρική αγωγιμότητα (3500 mhos/m) αντιστοιχούσε σε βαθμό ιονισμού 10-3 (ένα άτομο από τα χίλια μετατρέπεται σε ιόν) στο αργόνιο.
Στον ψυχρό αέρα, θα χρειαζόταν να ιονιστεί "τεχνητά", για παράδειγμα με την εκτέλεση του αερίου γύρω από ένα ρεύμα μικροκυμάτων στα 3 γιγαχερτζ, το οποίο θα είχε ως αποτέλεσμα την απομάκρυνση ηλεκτρονίων από το πιο εύκολα ιονιζόμενο συστατικό: το νιτρικό οξείδιο NO. Μπορεί επίσης να θεωρηθεί 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 χρηματοδοτούμενη από το CNRS, τα έτη 1980. Το αποτέλεσμα των υπολογιστικών προσομοιώσεων ήταν ένα ροή πλήρως "ρυθμισμένη", χωρίς κρουστικά κύματα. Στην εικόνα παρακάτω, απεικονίζονται οι δύο οικογένειες των κυμάτων Mach.
Αυτή η θεωρητική εργασία έχει πληροφορηθεί από υδραυλικές πειραματικές εργασίες, πάντα με αυτό το σύστημα των τριών ζευγών ηλεκτροδίων. Τα κύματα της εισόδου και της εξόδου μπορούσαν να καταστραφούν. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του υδατικού οξέος ήταν πολύ χαμηλή, οπότε δεν υπήρχε λόγος να χρησιμοποιηθεί η ενέργεια του ρευστού για να βελτιωθεί το ενεργειακό ισοζύγιο. Το αποτέλεσμα είναι το ίδιο με αυτό που παρουσιάστηκε παραπάνω. Το αποτέλεσμα είναι ότι παρατηρούμε μια ρο