MHDと衝撃波のキャンセル
付録1：MHD
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1 - 衝撃波のキャンセルに関する一般概念
この概念は1970年代初頭に導入されました。その後、米国政府はMHDが将来的な軍事プロジェクトにおいて重要な役割を果たすことを理解しました。同時に、米国の科学者たちはMHDが超音速飛行に関係していることを理解しました。彼らは一般の人々に誤情報を流すことを決めました。公式には、米国ではMHDは放棄されました。民間のMHDは放棄されました。大規模な産業プロジェクトも放棄されました。しかし、同時に、極秘裏にMHD軍事プロジェクトに対する強い努力が始まりました。この現実性は非常に最近（2001年）に発見されました。読者はこの情報が正しいかどうかを自由に信じてください。私たちは、1970年から現在にかけて米国で何が起こったのかを、秘密の黒プロジェクトに携わった上級米国科学者から知らされました。この主張の唯一の根拠は科学的なものです。今日でも、超音速気体流れに応用されたMHDに関する多くの重要な特徴が人々に知られていないため、1970年代中頃に米国では画期的かつ根本的な飛躍が可能となりました。1970年代中頃に多くの分野（軍事的）で高度な技術で世界を支配した米国は、長時間の超音速飛行（マッハ12まで）を可能にしました。
この付録を読むのは誰なのか分かりません。この付録の読解には超音速流体力学、特徴理論、MHDに関する高度な知識が必要です。1967年に出版された非常に優れた本『Engineering Magnetohydrodynamics』（サトタンとシェルマン、マクグラウヒルブックス社）があります。
では、いくつかの基本的な概念を紹介します。
超音速流れにおいて、「マッハ線」を考慮できます：
超音速流れにおけるマッハ線（またはマッハ面）
これらのマッハ線の角度は、速度の局所的な値に依存します。
速度の増加がマッハ角に与える影響
超音速流れを考慮すると、マッハ線（または「特徴線」）は実在します。これらは流れをマッピングします。次に、2次元の超音速試験ノズル（超音速風洞）を紹介します。
収束部では、流体は亜音速です。数学的に見ると、特徴線（マッハ面）は虚数です。ノズルの喉部で音速に達します。その後、マッハ面は実在します。これらを視覚化できます：
超音速ノズルにおけるマッハ面またはマッハ線の進化。
ノズルでは、速度が連続的に増加します。同時に、マッハ角は減少します（喉部の断面では90°です）。これは、超音速流れの拡張によって生じるマッハ面システムの「自然な変化」に該当します。
次に、平面翼の周りの2次元超音速流れを考慮します。特徴理論を用いて、理論的なマッハ線のシステムを計算できます：
超音速気体流れに浸された平面翼の周囲における理論的な特徴線。
これは物理的ではありません。これは「純粋な数学的」（「特徴的システム」の解）です。これは、特徴面が衝突し、ある点に集積する様子を示しています。これらは圧力変化の基本的な面です。流れの中央では、圧力が低下し、ガスが加速される典型的な拡散ファーンが見られます。しかし、他の領域では、マッハ面が集積し、衝撃波が付着する傾向があります。次の図は、実際に物理的な解であり、衝撃波が付着している状況を示しています：
平面的な斜め衝撃波が付着した物理的条件。
次に：これらの平面的な衝撃波。
次に：これらの平面波と流れの線。
もし先端が鋭い場合、前面の衝撃波は付着します。詳細を確認してください：
平面翼の先端近くに付着した前面衝撃波
もし先端が丸い場合、状況はやや異なります。衝撃波は「アーチ」型の衝撃波に似ています。
丸い先端における衝撃波。
古典的な観点から見ると、これらの衝撃波は避けられません。これは圧力と温度のジャンプに該当します。マッハ数が3を超えると、材料は熱流を耐えられず蒸発します。「スクラムジェット」では、液体水素と酸素で先端を冷却することで、マッハ5〜6での短時間飛行が可能になります。しかし、超音速飛行（マッハ12）は技術的に不可能とされています。1947年にUFO現象が生じ、奇妙な質問を提起しました：このような高いマッハ数を達成することは可能でしょうか？ロスウェルで米国は墜落した機械を回収し、すぐに次の2つのことを証明しました：
- UFOは確かに現実の存在である
- 他の惑星系からのものである
このことについては完全な秘密が保持されることになりました。米国では、このことに関する積極的で強力な誤情報政策が実施され、現在も継続されています。例えば、NASAは公式ウェブサイトでUFOは単なる幻であると説明しており、これは50年近く経過した現在でも続いています。米国人がMHDが超音速飛行（そして静音）の鍵であることを理解するには時間がかかりました。UFOの静音飛行は、衝撃波（および乱流）が回避されていることを示しています。これを説明するために、筆者の個人的な研究（1960年代と1970年代に開発されたもの）を参照します。これらの研究は、米国の巨大な努力（51番地の地下工場に隠されたもの）と比較して、比較的簡易な実験室機器で行われました。しかし、これだけで基本的な考え方が示されます。次の図には、「ファラデー型MHD線形コンバーター」、そのMHDチャネルおよび2つのコイルが示されています。
ファラデー型MHDコンバーター
もし2つのコイルを取り除けば、次のようになります：
ファラデー型チャネル（コイルは取り外されています）
ここで、コンバーターはMHDジェネレーターとして機能します。超音速流れが速度Vでチャネルに入り、誘導された電場E × Bを生じます。この電場はガスに電流を生じさせ、外部の電荷を通じて流れます。ガスの運動エネルギーの一部は電気エネルギーに変換されます。これはガスの減速をもたらします。速度、電場、および結果としてのローレンツ力のシステムは以下の図に示されています：
MHDジェネレーターにおける電場とローレンツ力の場。
ローレンツ力は「三本指のルール」に従います：
この最初のアイデアは非常に重要です。なぜなら、MHD加速器が超音速流体を減速していることがわかります。適切に管理すれば、流体のパラメータを「衝撃波の発生なしに」緩やかに変更できることが想像できます。これは、後で説明する超音速飛行の概念の鍵となるアイデアです。次に、MHDジェネレーターにおけるマッハ線の特徴的なパターンを示します。マッハ角は連続的に変化し、衝撃波は発生しません。
ローレンツ力の作用によって衝撃波なしにマッハ線システムが変化
これは非常に単純なアイデアですが、世界中で非常に長い間最高機密とされていました。一方で、MHDコンバーターは加速器として使用することもできます。そのためには、電気エネルギーを注入して電流を逆転させ、加速するローレンツ力を得るだけでよいです。これにより、局所的なマッハ角の値を変更できます。私の研究室では1967年に、非常に印象的な加速を非常に短い距離で得ました。
ガスが左側からチャネルに入り、ローレンツ力によって加速されます。
これは夢ではなかったことを示しましょう。これは1960年代にフランスのマルセイユ流体力学研究所で私が行ったMHD研究室です。
1960年代の私のMHD研究室。前：電極。左：古いテクトロニクスの真空管オシロスコープ。下：吊り下げられたコイルを備えたファラデー型コンバーター。さらに、コンデンサバンクによって生成された50,000アンペアの電流を切替えるために使用された「イグニトロン」。
これは「ショックチューブ」を基盤とした「短時間風洞」でした。200マイクロ秒間のショックで駆動されたアルゴンの流れが、6メートルの一定断面積の風洞に押し出されました。ガスは移動し圧縮され（圧縮後の圧力：1気圧）、10,000 Kに加熱され、非常に良い電気伝導性（3000 mhos/m）を提供しました。MHDチャネルへのガスの速度は2,750 m/sで、このチャネルは10 cmの長さでした。加速実験では、排出速度が8,000 m/sに達し、高磁場（2テスラ）と非常に高い電流密度でローレンツ力が非常に効率的に加速を可能にしたことが示されました。次に、MHDの効率を示します：
MHD効率。Jは電流密度、Bは磁場、Lは特徴的な長さ、下記：質量密度と速度v。
1980年代初頭、フランスのエンジニアであるベルトラン・レブランが私と博士号を取得するために始めました。私は衝撃波のない超音速飛行の基本的なアイデアを定義しました。これは民間の研究でしたが、同じ時期にカリフォルニア州の有名なローレンス・リバモア研究所で類似の研究が秘密裡に行われていたことを私たちは知っています。私たちはすでに、平面翼の理論的超音速流れに関連するマッハ線の一般的なパターンを紹介しています。私たちは、適切なローレンツ力場の選択により、局所的なマッハ角の値を変更できることを確認しました。例えば、横方向の磁場と2つの壁電極を使用して、先端近くの流れを加速することができます：
先端近くの加速電極
次に、対応するローレンツ力場：
ローレンツ力場
このような装置を用いることで、鋭い先端近くの前面衝撃波をキャンセルすることが可能であり、衝撃波システムを回避できることを示しました。これは超音速飛行の問題を大きく変えることになりました。新しい目標は、平面翼の周りの衝撃波をキャンセルすることであり、これによりマッハ線を平行に保つことが求められました：
レブランの博士論文：目的
平面翼モデルに3つの電極対が配置されました：
レブランの博士論文（1987年）
上：マッハ線またはマッハ面の理想化された特徴線のパターン。モデルの周囲に適切なローレンツ力場を適用できれば、特徴線の集束現象が回避されることが予想されました。これはコンピュータ計算によって示され、いくつかの国際的なMHD会議（日本・つくば、中国・北京など）で発表されました（参考文献および引用論文を参照）。マッハ線の一般的なパターンは以下の通りです：
レブランの博士論文。特徴線。
この研究は民間の研究室で行われましたが、同時に米国では極秘裏に同じことが行われていたことを私たちは知っています。フランスの当局は、このような結果がUFOの宇宙人性を明らかにすることを恐れ、激怒しました。すべての民間研究は中止されました。軍隊は自分のために秘密研究を続けようとしたが、知識の不足により失敗しました。その間、米国のプロジェクトは非常に強い加速を遂げました。魚雷や水中推進に関する並行的な研究が積極的に行われました。読者の思考を混乱させないために、後で詳しく説明します。
参考文献 :
(1) J.P. Petit : 「超音速飛行は可能か？」第8回MHD電力生成国際会議。モスクワ、1983年。
(2) J.P. Petit & B. Lebrun : 「ローレンツ力の作用によりガス中の衝撃波をキャンセルする」第9回MHD電力生成国際会議。日本・つくば、1986年。
(3) B. Lebrun & J.P. Petit : 「超音速流れにおけるMHD作用による衝撃波のキャンセル。準1次元定常解析と熱的ブロック」。ヨーロッパ流体機械学報、B/Fluides、8、No.2、pp.163-178、1989年。
(4) B. Lebrun & J.P. Petit : 「超音速流れにおけるMHD作用による衝撃波のキャンセル。2次元定常非等エントロピー解析。衝撃波防止基準、等エントロピー流れのショックチューブシミュレーション」。ヨーロッパ流体機械学報、B/Fluides、8、pp.307-326、1989年。
(5) B. Lebrun : 「イオン化アルゴン流れ中に設置された細長い障害物周囲に発生する衝撃波の理論的アプローチ」。ポワティエ大学、フランス、エネルギー工学修士論文No.233、1990年。
(6) B. Lebrun & J.P. Petit : 「ローレンツ力場による衝撃波の理論的解析」。国際MHDシンポジウム、北京、1990年。