Principio de MHD4
...Por ejemplo, si sumergiéramos una maqueta así, dotándola únicamente de un par de electrodos, el central, y poniéndolo en cortocircuito, se produciría un paso de corriente que se cerraría sobre el gas, con el efecto de frenar fuertemente este:
...Un perfil así, sumergido en un gas altamente conductor de la electricidad (o convertido en conductor), se comporta como un "generador MHD" de alta potencia. Es un "convertidor MHD". ¿De dónde proviene la energía? Simplemente de la energía cinética del fluido, y la potencia extraída va acompañada de una pérdida de energía cinética en el fluido, es decir, de su ralentización natural.
...En 1965 pusimos en marcha generadores eléctricos MHD, que realizaban una conversión directa de la energía cinética de un fluido en una "tobera MHD del tipo Faraday". La geometría es distinta, pero el principio es el mismo. A continuación, el esquema de un generador MHD de Faraday, con su canal de sección cuadrada.
...Imagen siguiente, solenoides retirados, disposición de los electrodos "segmentados" (para obtener una mejor distribución del paso de corriente en el canal).
...En los experimentos que realizamos durante los años sesenta en el Instituto de Mecánica de Fluidos de Marsella, inyectábamos en esta tobera un flujo de argón a 10.000°K, bajo una atmósfera, penetrando a una velocidad de 2500 metros por segundo. El campo magnético alcanzaba los 2 teslas, por lo que el campo electromotriz era:
2500 x 2 = 5000 voltios por metro
...La distancia entre los pares de electrodos enfrentados era de 5 cm, por lo que la diferencia de potencial era de 250 voltios. Había que restar 40 voltios (tensión relacionada con fenómenos de pared cerca de los electrodos), quedando 210 voltios.
...La conductividad eléctrica del argón, elevado a esa temperatura, era de 3500 mhos por metro, obteniéndose así una densidad de corriente J = σ E = σ V x B = 735.000 amperios por metro cuadrado.
es decir, 73,5 amperios por centímetro cuadrado. Para una longitud de tobera de 10 cm y una anchura de 5 cm (50 cm²), esto daba una corriente máxima en cortocircuito de 3675 amperios.
...Cuando los electrodos estaban en cortocircuito, la corriente era máxima, y la fuerza de Laplace resultante era suficientemente intensa, como lo demostró la experiencia, para frenar el gas hasta el punto de generar una onda de choque recta, obtenida sin otro obstáculo que esta fuerza electromagnética.
...El gas que llega a velocidad supersónica sobre un perfil alar lenticular posee su propia energía, que puede aprovecharse. La energía que se debía gastar para eliminar las ondas de choque era, por tanto, la energía empleada para acelerar el gas cerca del borde de ataque y del borde de fuga, menos la energía producida por su ralentización, relacionada con el funcionamiento del par central de electrodos.
...Este resultado era extremadamente interesante, ya que mostraba que la energía necesaria para anular estas ondas era menor de lo que se podría haber pensado inicialmente. La pérdida principal se debía al efecto Joule. En el caso de una máquina voladora que circulase en aire frío, habría que añadir la energía gastada para ionizar el gas mediante microondas, energía que también habíamos estimado.
...¿Cómo actúan las fuerzas de Laplace sobre la pendiente de las ondas de Mach?
...Es muy sencillo. Cuando la tobera MHD funciona, por ejemplo, como generador, es decir, frena el fluido, esta es la evolución de las ondas de Mach en la tobera:
...Se trata de un frenado moderado del fluido. Las ondas parecen comprimirse como los elementos de un acordeón. Los electrodos están "cargados", lo que limita la densidad de corriente. Se entiende así cómo un frenado más intenso puede dar lugar a una onda de choque: cuando el fluido se ralentiza hasta el punto de tender a volverse subsónico. Las ondas de Mach se concentran entonces, como un acordeón, acumulando las perturbaciones de presión. Entonces se forma la onda de choque, que se desplaza rápidamente hacia la entrada de la tobera, estabilizándose frente al primer "streamer" (chorro de corriente eléctrica procedente del primer par de electrodos), como si este constituyera una especie de obstáculo inmaterial.
...Si, por el contrario, inyectamos potencia eléctrica en el sistema, la tobera se comporta como un acelerador MHD de Faraday. Las ondas de Mach tienden a aplanarse:
...Esta aceleración MHD pudo observarse también en los años sesenta, en el laboratorio donde yo trabajaba. Se reveló muy eficaz. La velocidad de entrada en la tobera era de 2500 m/s y se obtuvieron velocidades de salida superiores a 8000 metros por segundo, lo que representa una ganancia de velocidad superior a cinco kilómetros por segundo en una distancia de apenas diez centímetros.
...Estos experimentos demuestran la extrema eficacia de la acción MHD sobre un gas, siempre que este posea un grado de ionización suficiente. Para información, una conductividad eléctrica así (3500 mhos/m) correspondía, en argón, a un grado de ionización de 10⁻³ (un átomo sobre mil se convertía en ion).
...En aire frío, habría que ionizar "artificialmente" el gas, por ejemplo sometiendo el gas circundante a un flujo de microondas de tres gigahertz, que tendría como efecto arrancar electrones al componente más fácilmente ionizable: el óxido de nitrógeno NO. También se podría considerar la inyección de un alcalino, con bajo potencial de ionización, como el cesio o el sodio.
...Habíamos hecho, Lebrun y yo, todos estos cálculos en el marco de una tesis doctoral financiada por el CNRS; durante los años ochenta. El resultado de las simulaciones por ordenador mostraba un flujo completamente "regularizado", libre de ondas de choque. En la figura siguiente se han representado las dos familias de ondas de Mach.
...Este trabajo teórico fue complementado con experimentos de analogía hidráulica, siempre con este sistema de tres pares de electrodos. Las olas de proa y popa pudieron eliminarse. Debido a que la conductividad eléctrica del agua acidulada era demasiado baja, no se consideraba entonces utilizar la energía del fluido para mejorar el balance energético. El resultado es idéntico al presentado anteriormente. El resultado es que se obtiene un flujo en el que el fluido permanece "plano":
El lector interesado podrá encontrar algunos de estos elementos en mi cómic "El Muro del Silencio" (ver CD-ROM Lanturlu).
Cómo implementar estas investigaciones.
...Estas ideas son atractivas. Abren una nueva mecánica de fluidos supersónicas, donde, en lugar de sufrir las ondas de choque como fenómenos inevitables, se pueden evitar.
...El problema de la MHD es poder trabajar con un gas que posea una conductividad eléctrica suficiente. En veinte años de trabajo, obviamente hemos explorado todas estas cuestiones. En 1966 fui el primero en obtener el funcionamiento estable de un generador MHD "bitemperatura".
...Hemos realizado también numerosos experimentos en medio enrarecido (aire a una presión de 10⁻¹ mm de mercurio).
- Confinamiento pared del plasma
- Guiado de "streamers" (corrientes espirales)
- Anulación de la inestabilidad de Vélikhov (comunicación al coloquio MHD de Moscú)
- Estudio de la ionización del aire mediante HF (1 MHz)
...En otra ocasión explicaré en el sitio estos diversos experimentos y perspectivas. En este momento, veamos cómo podría concretizarse la experiencia de anulación de las ondas de choque alrededor de un perfil lenticular.
...Para ello, se necesita disponer de una sopladora que suministre un flujo de gas a alta temperatura (argón a 10.000°K). Esto es posible utilizando un aparato desarrollado poco después de la guerra (pero hoy en desuso): el "tubo de choque".
...¿De qué se trata?
...Para explicar el funcionamiento de esta "sopladora de onda de choque", recurriremos una vez más a la analogía hidráulica. Imaginemos, por ejemplo, que construyéramos un canal rectilíneo, de anchura constante, en contrachapado. Anchura: 10 cm. Longitud: varios metros. Este es el esquema:
../../../bons_commande/bon_global.htm
