Aniquilación de ondas de choque
Cómo aniquilar ondas de choque
Una idea 100% Jean-Pierre Petit, a finales de los años setenta
21 nov 2003
Cuando di esta conferencia en la Escuela Superior de Aeronáutica de Toulouse, en junio de 2003, expuse esta idea clave, y fui inmediatamente comprendido, por ellos y por los profesores de mecánica de fluidos supersónicos que estaban presentes.
Me doy cuenta, antes de retomar la exposición de esta idea, que está [presente Supongamos que ya haya revisado este dossier datado de enero de 2001 (y cuyos participantes de la reunión comentada por Szamès no deben conocer el contenido). ¿Por qué la entrada de aire "controlada por la MHD", equipada en los aparatos que se mueven a velocidad supersónica, como Aurora (yo afirmo: operativa desde 1990), está colocada en la parte superior?
Primer punto: en la parte superior, estas máquinas son planas como la mano. Refiérase a la imagen que muestra un modelo de la nave Ajax, tomada en el túnel de viento:
No fui yo quien buscó esta imagen, sino ... Szamès, en el artículo que publicó en Air et Cosmo a finales de 2000, justo antes del coloquio de Brighton, al que asistió. Detalle simple: después de este coloquio me dijo:
*- Usted fue el único que habló de MHD en este coloquio. Personalmente, no escuché ni una vez pronunciar esta palabra. *
Nuestro vendedor de zapatos no sabe que, en los congresos, las discusiones más importantes no se llevan a cabo en las salas, sino entre especialistas, lejos de oídos indiscretos (o simplemente incompetentes). Tomemos este dibujo y representemos las características y las ondas de choque que se establecen alrededor del aparato (observación simple: el fenómeno luminoso que se puede ver en el extremo izquierdo de la foto, cerca del borde de ataque en forma de cuchilla de la nave, no corresponde a la onda de choque, sino a la descarga eléctrica que se aplicó para medir durante esta experiencia centrada en la reducción de los efectos térmicos en esta región).
Las ondas de choque se establecen en la parte inferior del aparato, no en la parte superior que está "en el lecho del viento". Para que haya una onda de choque, es necesario que haya un cambio en la dirección de la velocidad. El borde de ataque de Aurora-Ajax está biselado para que su parte superior sea tangente a las "líneas de corriente" en la dirección del flujo de gas anterior.
En la parte inferior se encuentran dos ondas de choque, la segunda procedente del borde biselado de la entrada de aire (muy similar a la del "Concorde", que desemboca en reactores* convencionales*!
Cuando la velocidad de la máquina aumenta, el salto de temperatura varía aproximadamente como el cuadrado del número de Mach. En un momento dado, más allá de Mach 3, la entrada de aire inferior ya no puede utilizarse, de lo contrario el calentamiento del gas vaporizaría las aspas de la turbina que constituyen el compresor. A alto número de Mach (diez-doce), este aumento de temperatura sería tan grande que incluso una entrada de aire de estatorreactor, enfriada por la circulación de un combustible almacenado en estado líquido, no podría resistirlo. La tesis del scramjet (estatorreactor con combustión en régimen supersónico), promovida por los americanos en sus "proyectos", es solo una bonita desinformación en la que los europeos se lanzan cabeza abajo. El periodista aeronáutico Bernard Thouanel, totalmente incompetente en materia de MHD, obviamente se adhiere a ella (ya que ... está en internet).
Por lo tanto, la entrada de aire inferior se cerrará y la sobrepresión generada por la onda de choque proporcionará la sustentación. Estos aparatos "surfean" sobre su onda de choque inferior, se les llama "wave-riders". El concepto data ... de los años cincuenta, informarse, cuando se consideraba una "combustión externa", debajo del aparato, detrás de la onda de choque (pero que, desgraciadamente, "calentaba a los pequeños pájaros, si los hubiera, por supuesto, a esa altitud).
Se abre una entrada de aire en la parte superior cuya geometría evoca la salida de ciertas impresoras láser. Delante de ella, una larga sección equipada con un generador MHD parietal (ver mi libro). Este generador MHD produce energía eléctrica, que luego se inyectará en la parte trasera de la nave, en la sección de la vena semi-guiada, en "cul de canard", situada en la parte posterior, para aumentar la impulsión específica del chorro de salida. Es el sistema del "pontage MHD" (MHD bypass), palabra captada por Szamès en 2000 (pero cuyo significado probablemente le era desconocido en ese momento). Había muchas informaciones en este artículo escrito por Alexandre Szamès, cuya mención, desde 2000, de la importancia del efecto Hall (para él: del hebreo, como para Thouanel también). Debo reconocer que fue el contenido del artículo de Szamès, correspondiente a comentarios realizados por el ruso Fraistadt, iniciador del proyecto Ajax, lo que motivó mi viaje a Brighton y orientó mi cuestionamiento a los especialistas americanos presentes allí, a los que Thouanel se apresuró a revelar el nombre a todo el mundo.
Esta producción de energía eléctrica se efectúa a expensas de la energía cinética del gas, que así se recomprime suavemente, y no a través de una onda de choque, que hay que evitar absolutamente (lo cual no es posible si se procede en la parte inferior del aparato, otra desinformación implementada por los americanos y rusos en congresos, en la que los "especialistas" franceses caen cabeza abajo). Es aquí donde se pone en práctica la idea de Jean-Pierre Petit: evitar el nacimiento de una onda de choque impidiendo que las características se crucen, ya que es precisamente su superposición la que provoca el nacimiento de estas ondas indeseadas. Entonces se crea un clásico "abanico de expansión", que los estudiantes de Supaéro conocen bien. Esto es lo que sucedería cerca de esta entrada de aire MHD sin que entre en juego el "ralentizador-generador MHD":
Un *convergente, *figura en la parte inferior y derecha, endereza las características, de superficies de Mach, provoca su superposición y la acumulación de estas perturbaciones de presión. El gas se ralentiza, se recomprime, pero aparece una onda de choque. El lugar de superposición es donde se crea ésta.
Un "abanico de expansión" (figura en la parte superior y derecha) acelera el gas, aumenta el número de Mach. Las líneas de Mach se expanden y, por lo tanto, no pueden cruzarse, crear una onda de choque. Es mecánica de fluidos anterior a la guerra de 39-45. Si el generador MHD no está conectado, el abanico de expansión de la entrada de aire hará que el gas, que entra a velocidad hipersónica, lo haga a una velocidad aún mayor, a un número de Mach aún mayor en el compresor: inimaginable (aunque estas entradas de aire, retraídas, tienen la propiedad de impedir el retorno de las ondas radar en las aspas y, por lo tanto, son "invisibles" (ver el dron USA X-47A cuya foto, mal editada por el modelista, figura en la portada de mi libro.
El X-47A visto de frente
A continuación, el mismo aparato, un dron, de perfil:
El X-47A visto de perfil
Se puede ver claramente cómo la disposición retraída de esta entrada de aire impide que las ondas radar que golpean las aspas de la turbina regresen (son ellas las que constituyen el mayor obstáculo en cuanto a la invisibilidad. Se notará que este dron es un problema en sí mismo. ¿Cómo podría funcionar esta entrada de aire a velocidades supersónicas? Parece a priori imposible. Pero entonces, si se trata de un dron de combate (es presentado como tal por los americanos, pero sin una palabra de precisión sobre sus rendimientos), ¿sería, incluso muy maniobrable (aunque su tobera no parece "vectorizada", es decir, con chorro orientable) ..... subsónico? El B2 representa, más allá del famoso B-52, vector clave del Strategic Air Command de los años cincuenta, la nave más elaborada. Sin embargo, se lo presenta como subsónico. ¿Es realmente así? Estos problemas no son abordados por los periodistas aeronáuticos, y Bernard Thouanel es uno de ellos. Sin embargo, sería a ellos a quienes les correspondería plantearse estas preguntas.
Pero volvamos al "descifrado" de los hipersónicos americanos y al secreto de su entrada de aire controlada por la MHD. En la figura central se muestra la evolución de las superficies de Mach en la entrada de aire, sin intervención de las fuerzas electromagnéticas J x B vinculadas al funcionamiento natural del generador MHD parietal.
Si combinamos ahora el efecto debido a la presencia del abanico de expansión y el de la deceleración del gas por las fuerzas de Laplace, podremos, siempre que se juegue finamente (masas de tesis doctorales para departamentos de física que en estos momentos están en caída libre total, debido a la falta de ideas nuevas), enderezar con la progresividad deseada estas características, estas superficies de Mach, impidiéndoles cruzarse en la vena, por lo tanto sin aparición de ondas de choque. Cuando estas características están completamente enderezadas, perpendiculares a las líneas del flujo de fluido, se gana: estás en subsónico y puedes enviar tranquilamente este gas, recomprimido pero no calentado, hacia las aspas del reactor convencional del aparato. Entonces, el mismo motor sirve para el despegue, el vuelo supersónico hasta Mach 3,5 y el vuelo hipersónico a Mach 12. ¡Genial, no? Lo que es fantástico es que la energía requerida para frenar el gas y llevarlo a la presión adecuada en la entrada del turbo es proporcionada... por éste mismo! Es un concepto que ya estaba explícitamente presente en la tesis de Bertrand Lebrun, en 1986, y en las publicaciones científicas que siguieron. Pero no estoy muy seguro de que las personas de la DGA (ejército) o de l'ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aéronautiques) hayan comprendido completamente este concepto (donde se habla timidamente de "reducción de la resistencia de onda). A la inversa, después de esta defensa de la tesis, el investigador Bernard Fontaine (ex del Instituto de Mecánica de Fluidos donde trabajé de 1965 a 1972, y luego director del departamento de Ciencias Físicas de los Ingenieros del CNRS) me especificó por teléfono "que como Lebrun había trabajado conmigo era inútil que esperara encontrar un puesto en cualquier laboratorio de investigación francés".
Mientras tanto, el fuerte régimen de efecto Hall vinculado al funcionamiento del generador en baja densidad (presión ambiente: un milímetro de mercurio) se acompaña de la creación de altas tensiones que, naturalmente enviadas al borde de ataque del aparato, crean un cojín de plasma protector (la experiencia correspondiente a la foto del modelo de Ajax en el túnel de viento). Así se reducen los efectos térmicos de la onda de choque de cabeza. Pero esta onda no se establece permanentemente. De hecho, durante el vuelo de este avión-espía hipersónico, adquiere un aumento de velocidad que lo hace saltar hacia las capas altas de la atmósfera, a unos 120 km de altitud, donde el aire es tan enrarecido que el flujo de calor se vuelve despreciable. Aurora vuela así rebotando en las capas bajas (todo es relativo: 80 km de altitud) volando como una piedra que rebotaría "en la superficie de la alta atmósfera". Por lo tanto, los pilotos experimentan alternancias de aumento de su peso y momentos de ingravidez, durante trayectorias parabólicas con un período de varias decenas de segundos (ver el dossier dedicado a l'Hypersoar, en mi sitio). Ellos están acostumbrados, pero en la versión civil de estos aparatos sería necesario que los pasajeros tomen dramamine o que se les equipen cuidadosamente con bolsas prácticas.
En principio, estas ideas pueden ser comprendidas por cualquier estudiante. En la práctica, es otra historia. Se ocultan allí problemas formidables, de los que conozco tanto la naturaleza como las soluciones, al igual que mis homólogos americanos (y rusos). Fue incluso uno de nuestros temas de discusión en Brighton, pero no consideré conveniente mencionarlo en mi libro. Dejaré que los franceses paguen el precio de su estupidez al lanzarse cabeza abajo en estos terrenos movedizos de los que ni siquiera sospechan la existencia. No se cuenten conmigo para indicar las soluciones, que no figuran en ninguna nota escrita y cuya mención reservé a los estudiantes de Supaéro durante mi seminario de junio de 2003 en la Escuela.
Buena suerte, amigos. La lección de este asunto es que, por un lado, como decía un cierto Jesús al salir de la sinagoga de Cafarnaún "nadie es profeta en su tierra". Por otro lado, ideas realmente revolucionarias tardan décadas en imponerse en países donde el conservadurismo es la regla absoluta (añadiendo, en Francia, el impacto agravante de la dominación de toda la investigación en el área por personas provenientes de ... la École Polytechnique). ¿Se acuerdan de la frase de Poincaré:
*- Si quieres destruir el potencial militar de Alemania, créala una École Polytechnique (Gilbert Payan proviene de este famoso "molde"). *
Me volví durante los quince años siguientes hacia la astrofísica y la cosmología. Pero tengo miedo de que allí también, al menos en Francia, hable con un poco de antelación. Ver "Diario de un Savanturier", en proceso de redacción.
Mi solución actual, después de abandonar estos campos en 2001, ha sido volcarme hacia la egiptología. Estoy trabajando ahora para publicar mis trabajos en este ámbito (lo cual probablemente no será fácil), habiendo, creo, descubierto todos los secretos de Immothep concernientes al modo de construcción de las pirámides (tranquilícense: no se trata de antigravedad).
Última anécdota: ¿saben a quién debemos la aparición de la serie de Lanturlu? A Hubert Curien, quien dirigía en aquel momento el Cnes donde Esterle y Zappoli hacían lo posible por intentar desarrollar una primera y mi idea de MHD (con la bendición de Payan y del ejército). Le había pedido que interviniera diciéndole:
*- Tus chicos prefirieron prescindir de mis servicios, a pesar de su total incompétencia en la materia. Entonces, es muy probable que se equivoquen (lo cual sucedió inmediatamente, como se mostrará). Bien, si no intervienes, transferiré mi creatividad y este tiempo libre hacia la divulgación científica. Encontrarás adjuntos los primeros manuscritos de álbumes que pueden constituir una serie. *
Curien (actualmente fallecido) nunca respondió a mi carta.
**Una última observación. **
Con mucha dificultad, usando mi escáner a 1200 dpi, intenté agrandar la figura reproducida en el número de VSD y fuertemente reducida por Thouanel. Poniendo los ojos en blanco, pude leer los textos, borrarlos y reconstituirlos para que fueran legibles. Así que aquí está esta figura:
Se supone que es el esquema del proyecto Ajax. Si el borde de ataque está efectivamente biselado, lo cual no se especifica pero aparece en las imágenes de artistas reproducidas, por ejemplo, en la portada de Air et Cosmos (de diciembre de 2000, si no me equivoco), se debe esperar ver establecerse dos ondas de choque, así:
Pero es precisamente lo que se quiere evitar. El esquema muestra un "ionizador", es decir, un sistema ionizador. ¿Por qué allí? ¿Por qué no en el borde de ataque donde sería más conveniente colocarlo? Se encuentra un "generador MHD externo", es decir, "parietal". El dibujo lo completa con un generador MHD interno, ubicado en la entrada de aire, los dos funcionando como frenos de gas. El "pontage MHD" hace que, en la salida de la tobera, el dibujante haya colocado un acelerador MHD. Pero todo esto no es muy claro. Creo que este esquema corresponde a una desinformación y que el esquema traído del coloquio de Brighton es el correcto y desafío a un mecánico de fluidos, especialista en física de gases ionizados, para que me pruebe lo contrario. Los mecánicos de fluidos presentes en mi conferencia en Supaéro estuvieron de mi lado.