La propulsión MHD.
Un
dibujo anterior, que muestra el flujo inducido por la acción
de las fuerzas de Laplace alrededor de un cilindro, demuestra que estas pueden
utilizarse para la propulsión de máquinas voladoras o navegable.
Sin embargo, la forma cilíndrica no parece la más adecuada.
Entonces, es fácil pasar a la esfera, dotando a dicho objeto de una corona de electrodos.
Un
sistema de conmutador giratorio permite alimentar secuencialmente
dos electrodos diametralmente opuestos, uno actuando como ánodo y el otro como cátodo. El conjunto consiste entonces en acoplar este dispositivo con un
sistema de campo magnético giratorio. No es necesario, en
este caso, disponer dentro de la maqueta un imán montado
sobre un eje (aunque fue lo que hicimos en experimentos de hidráulica en 1976,
alojando un imán giratorio dentro de una pelota de ping-pong). Todos los estudiantes de física saben que al colocar
tres solenoides a 120° y alimentarlos con corrientes
convenientemente desfasadas, se obtiene entonces el equivalente
de un dipolo magnético giratorio. El resultado es:
Si
el experimento de aniquilación de onda de choque hubiera funcionado, alrededor
del perfil lenticular, habíamos previsto intentar repetir
la operación con una maqueta de este tipo, con múltiples electrodos y
campo giratorio, todo alimentado por descargas
de condensadores debidamente sincronizadas.
El experimento,
en gas frío, también habría sido interesante.
Habría bastado utilizar la maqueta como antena de alta frecuencia. Ya en 1978,
hicimos experimentos muy interesantes sobre este tema. Una vez más, la ionización se habría localizado pacíficamente cerca del objeto.
Los aérodinos
lenticulares.
Pero
el experimento más interesante habría versado sobre el tema
del aérodino MHD lenticular (publicación en los CRAS, 1975, con el título
"Convertidores MHD de un nuevo tipo"). Se trata entonces de una máquina sin electrodos.
Consideremos
un solenoide recorrido por una corriente alterna. Crea
en el aire circundante un campo inducido, que puede acompañarse de una circulación
de corriente, a la que se asocia un campo secundario que se opone (ley de Lenz)
a la variación del campo inductor.
La
corriente inducida (i), que forma curvas cerradas, reacciona con
el campo inductor B(t), generando fuerzas de Laplace radiales, alternativamente
centrífugas y centrípetas. Por ejemplo, en la figura anterior, en el instante t₀, las direcciones del campo B (excitador) y de la densidad
de corriente J (campo inducido, circulando en la masa gaseosa) darían una fuerza radial centrípeta.
En el instante t₁, esta fuerza
sería centrífuga.
Si
el gas junto al disco provisto de su solenoide interno no está
ionizado, no ocurrirá nada notable. Si se ioniza este gas, éste
será agitado por un sistema de fuerzas alternativamente
centrífugas y centrípetas, como en un mezclador.
Se
puede concebir sobre esta base un sistema de propulsión, organizando
una ionización modulada en el tiempo en las caras
superior e inferior, de manera que la parte del
gas situada encima del aparato sea conductora de electricidad
cuando las fuerzas son centrífugas:
y que, por el contrario, la parte situada
debajo del aparato lo sea cuando estas fuerzas son centrípetas:
Así se obtendría un sistema de fuerzas combinadas que tendería a
hacer circular fuertemente el aire alrededor del aparato:
La
fórmula (Compte Rendu a la Académie des Sciences de París, 1975)
es atractiva. Sin embargo, hay que encontrar un medio para crear esta
ionización pulsada cerca de la pared. El problema es delicado,
ya que es necesario que el tiempo durante el cual se hace conductor el aire
sea del orden de magnitud inferior al tiempo de tránsito de la masa gaseosa alrededor del objeto. Si consideramos un objeto que cruza a 3000 metros por segundo, y una longitud característica de diez metros (el diámetro del aparato), esto conduce a tiempos del orden de la milisegundo, lo cual no es inviable con emisiones de microondas pulsadas a 3 gigahertz. Por tanto, las paredes superior e inferior de la máquina deberían estar revestidas de mini-klystrones, emitiendo alternativamente y arrancando electrones libres de las moléculas de aire.
Otra solución es, a priori, más interesante. Se sabe que si se bombardean
moléculas con electrones de energía bien ajustada, se producen
atrapamientos electrónicos. Algunas moléculas así adquieren un electrón extra
y se convierten en iones negativos, con una vida muy corta, lo cual, en el caso que nos ocupa, es interesante.
Los
cañones electrónicos parietales tendrán la forma de pequeños trampas
para lobos. El principio es simple. Un solenoide crea un
campo magnético con la configuración siguiente:
Este
campo, perpendicular a la pared, disminuye su intensidad en función de la distancia a ella. Se le asocia una presión magnética:
En
la figura de la derecha, una descarga eléctrica que estalla entre
un electrodo central y otro anular verá sus electrones expulsados hacia regiones donde la presión magnética
es menor, es decir, lejos de la pared, con una energía que depende del valor de B. Si este valor se ajusta convenientemente, estos chorros de electrones
provocarán la formación, en el aire, de iones negativos, vehículos eficaces de la corriente inducida ligada a la variación del campo inductor B, creado por el solenoide anular (ver más arriba).
La eficiencia aerodinámica máxima consiste en actuar en la capa gaseosa situada inmediatamente al contacto de la pared
(lo que se denomina la "capa límite"). Pero entonces surge un problema de confinamiento de plasma, estudiado experimentalmente en experimentos realizados a baja presión, que se resolvieron rápidamente.
El
campo magnético B creado por un solenoide ecuatorial
está asociado a su vez a una presión magnética. Esta
disminuye a medida que se aleja del plano de simetría. Toda descarga eléctrica tenía entonces tendencia a alejarse significativamente de la pared, volviéndose incontrolable.
La
solución consistió en utilizar no un solo solenoide, sino
tres, dos solenoides secundarios de diámetros menores,
desempeñando el papel de solenoides de confinamiento.
En un instante dado, las corrientes que pasan
En el solenoide ecuatorial
En los dos solenoides de confinamiento
son de sentido inverso. La geometría permite así crear cerca de una pared cóncava un gradiente de presión magnética capaz de aplastar la descarga eléctrica contra la pared, manteniéndola en la capa límite gaseosa
(en la práctica, para una máquina de una decena de metros de...)