Inizio di MHD4
...Per esempio, se si immergesse una simile modellina dotata soltanto di una singola coppia di elettrodi, quella centrale, e la si mettesse in cortocircuito, ne deriverebbe un passaggio di corrente che si richiuderebbe nel gas, con l'effetto di rallentarlo fortemente:
...Un profilo così immerso in un gas altamente conduttore (o reso conduttore) si comporta come un potente "generatore MHD". È un "convertitore MHD". Da dove proviene l'energia? Semplicemente dall'energia cinetica del fluido; la potenza estratta è accompagnata da una perdita di energia cinetica nel fluido, dal suo rallentamento naturale.
...Nel 1965 mettevamo in opera generatori elettrici MHD che convertivano direttamente l'energia cinetica di un fluido in una "tubazione MHD del tipo Faraday". La geometria è diversa, ma il principio è lo stesso. Di seguito, lo schema di un generatore MHD di Faraday con il suo canale a sezione quadrata.
...Nella successiva immagine, i solenoidi sono stati rimossi; la disposizione degli elettrodi "segmentati" (per ottenere una migliore distribuzione del passaggio della corrente nel canale).
...Nelle esperienze condotte negli anni Sessanta all'Istituto di Meccanica dei Fluidi di Marsiglia, iniettavamo nella tubazione un flusso di argon a 10.000 K, a una pressione di un bar, che penetrava alla velocità di 2500 metri al secondo. Con un campo magnetico di 2 tesla, il campo elettromotore risultante era:
2500 × 2 = 5000 volt al metro
...Dato che la distanza tra le coppie di elettrodi opposti era di 5 cm, la tensione era di 250 volt. Occorreva sottrarre 40 volt (tensione legata a fenomeni di parete vicino agli elettrodi), per un totale di 210 volt.
...La conduttività elettrica dell'argon, portato a tale temperatura, era di 3500 mhos al metro; si otteneva così una densità di corrente J = σE = σV × B = 735.000 ampere al metro quadrato,
ossia 73,5 ampere al centimetro quadrato. Per una lunghezza della tubazione di 10 cm e una larghezza di 5 cm (50 cm²), si otteneva un corrente massima in cortocircuito di 3675 ampere.
...Quando gli elettrodi erano in cortocircuito, la corrente era massima; la forza di Laplace risultante era sufficientemente intensa, come dimostrò l'esperimento, da rallentare il gas fino a generare un'onda d'urto retta, ottenuta senza alcun ostacolo oltre a questa forza elettromagnetica.
...Il gas che arriva a velocità supersonica su un profilo alare lentile possiede quindi la sua propria energia, che può essere sfruttata. L'energia da spendere per eliminare le onde d'urto era quindi l'energia spesa per accelerare il gas vicino al bordo di attacco e al bordo di uscita, meno l'energia prodotta dal suo rallentamento legato al funzionamento della coppia centrale di elettrodi.
...Questo risultato era estremamente interessante, perché mostrava che l'energia da fornire per annullare queste onde era inferiore a quanto si sarebbe potuto pensare inizialmente. La perdita principale si situava nell'effetto Joule. Nel caso di una macchina volante che viaggiasse nell'aria fredda, bisognerebbe aggiungere l'energia spesa per ionizzare il gas mediante microonde, energia che avevamo anch'essa quantificato.
...Come agiscono le forze di Laplace sulla pendenza delle onde di Mach?
...È molto semplice. Quando la tubazione MHD funziona, ad esempio, come generatore, cioè rallenta il fluido, ecco l'evoluzione delle onde di Mach nella tubazione:
...Si tratta di un rallentamento moderato del fluido. Le onde sembrano comprimersi come gli elementi di un fisarmonica. Gli elettrodi sono "in carico", il che limita la densità di corrente. Si comprende così come un rallentamento più intenso possa generare un'onda d'urto: quando la velocità scende tanto da far tendere il gas a diventare subsonico. Le onde di Mach si concentrano allora, come una fisarmonica, accumulando le perturbazioni di pressione. Si forma così un'onda d'urto che si sposta rapidamente verso l'ingresso della tubazione, stabilizzandosi davanti al primo "streamer" (getto di corrente elettrica proveniente dalla prima coppia di elettrodi), come se questo costituisse un ostacolo immateriale.
...Se invece si inietta potenza elettrica nel sistema, la tubazione funziona come un acceleratore MHD di Faraday. Le onde di Mach tendono a piombare:
...Questa accelerazione MHD è stata osservata anche negli anni Sessanta nel laboratorio in cui lavoravo. Si è rivelata estremamente efficace. Con una velocità d'ingresso nella tubazione di 2500 m/s si sono ottenute velocità di uscita superiori a 8000 metri al secondo, corrispondenti a un guadagno di velocità superiore a cinque chilometri al secondo su una distanza di appena dieci centimetri.
...Queste esperienze dimostrano l'estrema efficacia dell'azione MHD su un gas, purché questo possieda un livello di ionizzazione sufficiente. Per informazione, una tale conduttività elettrica (3500 mhos/m) nell'argon corrispondeva a un tasso di ionizzazione di 10⁻³ (un atomo ogni mille era trasformato in ione).
...Nell'aria fredda sarebbe necessario ionizzare "artificialmente" il gas, ad esempio sottoponendo il gas circostante a un flusso di microonde a tre gigahertz, che avrebbe l'effetto di strappare elettroni al componente più facilmente ionizzabile: l'ossido di azoto NO. Si potrebbe anche considerare la vaporizzazione di un alcalino a basso potenziale di ionizzazione, come il cesio o il sodio.
...Avevamo quindi effettuato, insieme a Lebrun, tutti questi calcoli nel quadro di una tesi di dottorato finanziata dal CNRS; negli anni Ottanta. I risultati delle simulazioni al computer mostravano un flusso completamente "regolarizzato", privo di onde d'urto. Nella figura seguente sono rappresentate le due famiglie di onde di Mach.
...Questo lavoro teorico è stato completato da esperienze di analogia idraulica, sempre con questo sistema a tre coppie di elettrodi. Le onde di prua e di poppa sono state eliminate. Data la bassa conduttività elettrica dell'acqua acidificata, non era possibile sfruttare l'energia del fluido per migliorare il bilancio energetico. Il risultato è identico a quello presentato sopra: si ottiene un flusso in cui il fluido rimane "piatto":
Chi fosse interessato potrà ritrovare alcuni di questi elementi nella mia storia a fumetti "Il Muro del Silenzio" (vedi cd-rom Lanturlu).
Come mettere in pratica queste ricerche.
...Queste idee sono affascinanti. Aprono la strada a una nuova meccanica dei fluidi supersonici, dove invece di subire le onde d'urto come fenomeni inevitabili, si possono invece evitare.
...Il problema della MHD è poter lavorare su un gas con una conduttività elettrica sufficiente. In venti anni di lavoro abbiamo ovviamente esplorato tutte queste questioni. Nel 1966 sono stato il primo a ottenere un funzionamento stabile di un generatore MHD "a due temperature".
...Abbiamo inoltre condotto numerose esperienze in ambiente rarefatto (aria a una pressione di 10⁻¹ mm di mercurio).
- Confinamento parietale di un plasma
- Guida di "streamers" (correnti spiraliformi)
- Eliminazione dell'instabilità di Vélikhov (comunicazione al convegno MHD di Mosca)
- Studio dell'ionizzazione dell'aria mediante HF (1 MHz)
...In un'altra occasione spiegherò nel sito queste diverse esperienze e prospettive. Per ora, vediamo come potrebbe essere realizzata l'esperienza di eliminazione delle onde d'urto intorno a un profilo lentile.
...Per fare ciò, è necessario disporre di una galleria del vento che eroghi un flusso di gas ad alta temperatura (argon a 10.000 K). È possibile utilizzando un apparecchio messo a punto subito dopo la guerra (ma oggi in disuso): il "tubo a shock".
...Di cosa si tratta?
...Per spiegare il funzionamento di questa "galleria del vento a onda d'urto", ricorreremo nuovamente all'analogia idraulica. Immaginiamo, ad esempio, di costruire un canale rettilineo, con larghezza costante, in compensato. Larghezza: 10 cm. Lunghezza: alcuni metri. Ecco lo schema:
../../../bons_commande/bon_global.htm
