Distruzione delle onde d'urto
Come distruggere le onde d'urto
Un'idea 100% Jean-Pierre Petit, fine anni settanta
21 nov 2003
Quando ho tenuto questa conferenza all'École Supérieure de l'Aéronautique di Tolosa, nel giugno 2003, ho presentato questa idea chiave, e sono stato immediatamente capito, da loro e dagli insegnanti di meccanica dei fluidi supersonici che erano presenti.
Mi rendo conto, prima di riprendere l'esposizione di questa idea, che essa è [presente]. Supponiamo che voi abbiate già letto questo dossier datato gennaio 2001 (e i partecipanti alla riunione commentata da Szamès non devono conoscere il contenuto). Perché l'ingresso d'aria "controllato dalla MHD", che equipaggia i velivoli che volano a velocità supersonica, come Aurora (io affermo: operativo dal 1990), è posizionato in alto?
Primo punto: in alto, questi macchinari sono piatti come una mano. Riferitevi alla foto che mostra un modello dell'ingegno Ajax, in galleria del vento:
Non sono stato io a cercare questa foto, è ... Szamès, nel suo articolo pubblicato su Air et Cosmo alla fine del 2000, poco prima del convegno di Brighton, al quale ha partecipato. Dettaglio semplice: dopo quel convegno mi disse:
*- Hai davvero sentito parlare di MHD a quel convegno. Personalmente, non ho sentito pronunciare questa parola neanche una volta. *
Il nostro venditore di scarpe non sa che nei convegni, le discussioni più importanti non si tengono in sala, ma tra specialisti, lontano dalle orecchie indiscrète (o semplicemente incompetenti). Prendiamo questo disegno e rappresentiamo le caratteristiche e le onde d'urto che si stabiliscono intorno al velivolo (semplice osservazione: il fenomeno luminoso che si può vedere a sinistra della foto, vicino al bordo d'attacco a lama di coltello dell'ingegno, non corrisponde all'onda d'urto ma alla scarica elettrica applicata per misurare durante questa esperienza incentrata sulla riduzione degli effetti termici in questa zona).
Le onde d'urto si stabiliscono nella parte inferiore del velivolo, non sulla parte superiore che è "nella corrente del vento". Per avere un'onda d'urto, è necessario che ci sia una modifica della direzione della velocità. Il bordo d'attacco di Aurora-Ajax è smussato in modo che la sua parte superiore sia tangente alle "linee di corrente" nella direzione del flusso gassoso a monte.
Nella parte inferiore si trovano due onde d'urto, la seconda proveniente dal bordo smussato dell'ingresso d'aria (molto simile a quella del "Concorde", che si apre su motori turbofacenti* convenzionali*!
Quando la velocità del velivolo aumenta, la variazione di temperatura è approssimativamente proporzionale al quadrato del numero di Mach. A un certo punto, oltre Mach 3, l'ingresso d'aria inferiore non può più essere utilizzato, altrimenti il riscaldamento del gas evaporerebbe le palette della turbina che costituisce il compressore. A alto numero di Mach (dieci-dodici) questa risalita di temperatura sarebbe tale che anche un ingresso d'aria di un motore a reazione, raffreddato con circolazione di un carburante immagazzinato in stato liquido, non potrebbe resistere. La tesi del scramjet (motore a reazione con combustione in regime supersonico), promossa dagli americani nei loro "progetti", è solo una bella disinformazione nella quale gli europei si gettano a testa bassa. Il giornalista aeronautico Bernard Thouanel, totalmente incompetente in materia di MHD, vi aderisce evidentemente (poiché ... è su internet).
L'ingresso d'aria inferiore quindi sarà chiuso e la sovrapressione generata dall'onda d'urto fornirà la portanza. Questi veicoli "surfano" sulla loro onda d'urto inferiore, si chiamano "wave-riders". Il concetto risale ... agli anni cinquanta, informatevi, quando si considerava una "combustione esterna", sotto il velivolo, dietro l'onda d'urto (ma che, purtroppo, "riscaldava i piccoli uccelli, se ce n'erano, ovviamente, a questa altezza).
Si apre un ingresso d'aria nella parte superiore, la cui geometria ricorda l'uscita di certe stampanti laser. Davanti ad essa, una lunga sezione equipaggiata con un generatore MHD parietale (vedere il mio libro). Questo generatore MHD produce energia elettrica, che sarà successivamente reiniettata nella parte posteriore del velivolo, nella sezione della "vena semi-guidata", in "culo di canard", situata a poppa, per aumentare l'impulso specifico del getto di uscita. È il sistema del "ponte MHD" (MHD bypass), parola catturata da Szamès nel 2000 (ma la cui significazione gli è probabilmente rimasta estranea allora). C'erano molte informazioni in questo articolo scritto da Alexandre Szamès, che menziona, già nel 2000, l'importanza dell'effetto Hall (per lui: dall'ebraico, come per Thouanel inoltre). Devo riconoscere che è il contenuto dell'articolo di Szamès, corrispondente a discorsi tenuti dal russo Fraistadt, iniziatore del progetto Ajax, che ha motivato la mia salita a Brighton e ha orientato la mia domanda ai specialisti americani presenti lì, tra cui Thouanel si è affrettato a rivelare il nome a tutti.
Questa produzione di energia elettrica avviene a scapito dell'energia cinetica del gas, che quindi viene ricompresso dolcemente, non attraverso un'onda d'urto, che bisogna assolutamente evitare (questo non è possibile se si procede nella parte inferiore del velivolo, altra disinformazione messa in atto dagli americani e dai russi, durante i convegni, nella quale i "specialisti" francesi cadono a testa bassa). È qui che si applica l'idea di Jean-Pierre Petit: evitare la nascita di un'onda d'urto impedendo alle caratteristiche di incrociarsi, poiché è precisamente il loro sovrapporsi che causa la nascita di queste onde indesiderate. Si crea allora un classico "ventaglio di espansione", che gli studenti di Supaéro conoscono bene. Ecco cosa accadrebbe vicino a questo ingresso d'aria MHD senza che entrasse in gioco il "rallentatore-generatore MHD":
Un *convergente, *in basso a destra, raddrizza le caratteristiche, delle superfici di Mach, provoca il loro sovrapporsi e l'accumulo di queste perturbazioni di pressione. Il gas viene rallentato, ricompresso, ma si forma un'onda d'urto. Il luogo del sovrapporsi è dove si crea questa.
Un "ventaglio di espansione" (in alto a destra) invece accelera il gas, aumenta il numero di Mach. Le linee di Mach si espandono e non possono quindi incrociarsi, creare un'onda d'urto. È meccanica dei fluidi precedente la guerra del 1939-45. Se il generatore MHD non è collegato, il ventaglio di espansione dell'ingresso d'aria farà entrare il gas, che arriva a velocità ipersonica, a una velocità ancora maggiore, a un numero di Mach ancora maggiore al livello del compressore: inimmaginabile (sebbene questi ingressi d'aria, ritirati, abbiano la proprietà di impedire il ritorno delle onde radar sulle palette e siano quindi "furtivi" (vedere il drone USA X-47A la cui foto, maldestramente ritoccata dal modellista, figura in copertina del mio libro.
Il X-47A visto di fronte
Di seguito, lo stesso velivolo, un drone, di profilo:
Il X-47A visto di profilo
Si vede chiaramente come la disposizione ritirata di questo ingresso d'aria impedisca alle onde radar che colpiscono le palette della turbina di tornare (sono quelle che costituiscono il più forte ostacolo rispetto alla furtività. Si noterà che questo drone è un problema in sé. Come potrebbe funzionare un tale ingresso d'aria in regime supersonico? Sembrerebbe a priori impossibile. Ma allora, se si tratta di un drone da combattimento (è presentato come tale dagli americani, ma senza una parola di precisione sulle sue prestazioni), sarebbe, anche se molto manovriabile (benché la sua uscita non sembri "vettorizzata", cioè con getto orientabile) ... subsonico? Il B2 rappresenta, al di là del celebre B-52, vettore chiave del Strategic Air Command degli anni cinquanta, l'ingegno più elaborato. Eppure lo presentano come subsonico. Lo è davvero anche lui? Questi problemi non vengono affrontati dai giornalisti aeronautici, e Bernard Thouanel ne è uno. Tuttavia sarebbe a loro che spetterebbe porsi queste domande.
Ma torniamo al "decodificamento" degli ipersonici americani e al segreto del loro ingresso d'aria controllato dalla MHD. Nella figura centrale si mostra l'evoluzione delle superfici di Mach nell'ingresso d'aria, senza intervento delle forze elettromagnetiche J x B legate al funzionamento naturale del generatore MHD parietale.
Se si combina questa volta l'effetto legato alla presenza del ventaglio di espansione e quello del rallentamento del gas da parte delle forze di Laplace, si potrà, a condizione di giocare finemente (massi di tesi di dottorato per i dipartimenti di fisica che in questo momento sono in caduta libera completa, a causa della mancanza di idee nuove) raddrizzare con la progressività desiderata queste caratteristiche, queste superfici di Mach impedendone il sovrapporsi nella vena, quindi senza apparizione di onde d'urto. Quando queste caratteristiche sono completamente raddrizzate, perpendicolari alle linee del flusso fluido, è vinto: siete in regime subsonico e potete quindi tranquillamente inviare questo gas, ricompresso ma non riscaldato, verso le palette del motore turbofacenti convenzionale del velivolo. È allora lo stesso motore che serve al decollo, al volo supersonico fino a Mach 3,5 e al volo ipersonico a Mach 12. Geniale, no? Ciò che è fantastico è che l'energia richiesta per rallentare il gas e portarlo alla pressione desiderata all'ingresso del turbo è fornita... da questo stesso! È un concetto che era già esplicitamente presente nella tesi di Bertrand Lebrun, nel 1986, e nelle pubblicazioni scientifiche che seguirono. Ma non sono molto sicuro che le persone della DGA (esercito) o dell'ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aéronautiques) abbiano completamente compreso questo concetto (dove si parla timidamente di "riduzione della resistenza d'onda"). Al contrario, dopo questa tesi, il ricercatore Bernard Fontaine (ex dell'Istituto di meccanica dei Fluidi dove avevo lavorato dal 1965 al 1972, diventato in seguito direttore del dipartimento Scienze Fisiche dell'Ingegnere al CNRS) mi specificò telefonicamente "che poiché Lebrun aveva lavorato con me era inutile che sperasse di trovare un posto in qualsiasi laboratorio di ricerca francese".
Nel passare, il forte regime di effetto Hall legato al funzionamento del generatore a bassa densità (pressione ambiente: un millimetro di mercurio) si accompagna alla creazione di forti tensioni che, inviate naturalmente al bordo d'attacco del velivolo, creano un cuscino di plasma protettore (l'esperienza corrispondente alla foto del modello d'Ajax in galleria del vento). Gli effetti termici dell'onda d'urto di testa vengono così ridotti. Ma questa onda d'urto non si stabilisce in modo permanente. In effetti, durante la crociera di questo aereo-espione ipersonico, esso acquista una velocità che lo fa balzare verso le alte strati atmosferici, a 120 km di altezza, dove l'aria è così rarefatta che il flusso di calore diventa trascurabile. Aurora vola così rimbalzando sulle basse strati (tutto è relativo: 80 km di altezza) volando come un sasso che rimbalzerebbe "sulla superficie dell'alta atmosfera". I piloti passano quindi attraverso alternanze di aumento del loro peso e momenti di assenza di peso, durante traiettorie paraboliche con un periodo di alcune decine di secondi (vedere il dossier dedicato a l'Hypersoar, sul mio sito). Essi sono abituati, ma nella versione civile di questi velivoli bisognerebbe far assumere ai passeggeri della dramamine o munirli con cura di sacchetti pratici.
In principio queste idee possono essere comprese da qualsiasi studente. Nella pratica è un'altra storia. Si nascondono qui sotto problemi formidabili, dei quali conosco sia la natura che le soluzioni, così come i miei omologhi americani (e russi). Fu persino uno dei nostri argomenti di discussione a Brighton, ma non ho ritenuto opportuno menzionarlo nel mio libro. Lascierò ai francesi pagare il prezzo della loro stupidità gettandosi a testa bassa in questi sabbie mobili di cui neppure sospettano l'esistenza. Non si aspettino da me di indicare le soluzioni, che non figurano su nessuna nota scritta e che ho riservato agli studenti di Supaéro durante il mio seminario di giugno 2003 all'École.
Buona fortuna, amici. L'esperienza insegna che da una parte, come diceva un certo Gesù uscendo dalla sinagoga di Cafarnao "nessuno è profeta nel suo paese". Dall'altra, idee realmente rivoluzionarie impiegano decenni a imporsi in paesi dove il conservatorismo è la regola assoluta (aggiungendo, in Francia, l'impatto aggravante della presa di tutta la ricerca nel settore da persone provenienti da ... l'École Polytechnique). Vi ricordate forse la frase di Poincaré:
*- Se volete distruggere il potenziale militare della Germania createvi una École Polytechnique (Gilbert Payan proviene da questo celebre "stampo"). *
Mi sono rivolto per i quindici anni seguenti all'astrofisica e alla cosmologia. Ma temo che anche lì, almeno in Francia, parli con un po' troppo anticipo. Vedere "Giornale di un Savanturier", in corso di stesura.
La mia soluzione attuale, dopo aver abbandonato questi settori nel 2001, è stata di rivolgermi all'egittologia. Sto attualmente cercando di pubblicare i miei lavori in questo campo (che probabilmente non sarà facile), avendo, penso, scoperto tutti i segreti di Immothep riguardo al modo di costruzione delle piramidi (non preoccupatevi: non è antigravità).
Ultima aneddotica: sapete a chi dobbiamo la nascita della serie di Lanturlu? A Hubert Curien, che allora dirigeva il Cnes dove Esterle e Zappoli facevano del loro meglio per cercare di sviluppare una prima e mia idea di MHD (con l'approvazione di Payan e dell'esercito). Gli avevo chiesto di intervenire dicendogli:
*- I vostri ragazzi hanno preferito fare a meno dei miei servizi, nonostante la loro totale inesperienza in materia. Allora c'è da scommettere che si butteranno a terra (come immediatamente accaduto, come mostrerò). Beh, se non interverrete, trasferirò la mia creatività e questo tempo libero verso la divulgazione scientifica. Troverete in allegato i primi manoscritti degli album che possono costituire una serie. *
Curien (ora defunto) non mi ha mai risposto.
**Un'ultima osservazione. **
Con molta difficoltà, utilizzando il mio scanner a 1200 dpi, ho provato a ingrandire la figura riprodotta nel numero di VSD e fortemente ridotta da Thouanel. Guardando con attenzione, ho potuto leggere i testi, cancellarli e ricomporli per renderli leggibili. Ecco quindi questa figura:
È supposto essere lo schema del progetto Ajax. Se il bordo d'attacco è effettivamente smussato, il che non è specificato ma appare nelle immagini degli artisti riprodotti, ad esempio su una copertina di Air et Cosmos (dicembre 2000, se non sbaglio), ci si aspetterebbe di vedere stabilirsi due onde d'urto, come questo:
Ma è proprio questo che si vuole evitare. Lo schema mostra un "ionizzatore", cioè un sistema ionizzatore. Perché lì? Perché non sul bordo d'attacco dove sarebbe più conveniente posizionarlo? Si trova un "generatore MHD esterno", cioè "parietale". Il disegno lo completa con un generatore MHD interno, situato nell'ingresso d'aria, i due funzionanti come rallentatori di gas. Il "ponte MHD" fa sì che nel getto di uscita il disegnatore abbia posto un acceleratore MHD. Ma tutto questo non è molto chiaro. Penso che questo schema corrisponda a una disinformazione e che lo schema riportato dal convegno di Brighton sia il giusto e sfido un meccanico dei fluidi, esperto di fisica dei gas ionizzati, a dimostrarmi il contrario. I meccanici dei fluidi presenti durante la mia conferenza a Supaéro erano del mio stesso parere.