
たとえば、このような模型を、中央の電極対のみを備えて水中に浸し、その電極対を短絡した場合、ガス内を閉じた電流が流れ、その結果、ガスの速度が著しく低下する。

電気伝導性が非常に高いガス(または電気伝導性を付与されたガス)中に浸されたこのような翼型は、高出力の「MHD発電機」として振る舞う。これは「MHD変換器」である。エネルギーの源はどこから来るのか?単に流体の運動エネルギーである。得られる電力は、流体内の運動エネルギーの損失、すなわち自然な減速を伴う。

1965年、我々は、流体の運動エネルギーを直接「ファラデー型MHDノズル」に変換するMHD電気発電機を実用化した。幾何形状は異なるが、原理は同じである。以下は、ファラデー型MHD発電機の模式図であり、断面が正方形の電流路を示している。

次の図は、ソレノイドを外した状態で、電極を「セグメント化」した配置(電流の電流路内でのより均一な分布を実現するため)を示している。

1960年代、マルセイユ流体力学研究所で行った実験では、10,000Kのアルゴン気体を1気圧で、2500m/sの速度でノズル内に注入した。磁場は2テスラに達し、起電力は以下の通りであった。
2500 × 2 = 5000ボルト/メートル

向かい合う電極対間の距離が5cmであったため、電位差は250ボルトであった。ただし、電極付近の壁面効果に起因する40ボルトの電圧を差し引く必要があり、実際の電圧は210ボルトであった。

10,000Kに加熱されたアルゴンの電気伝導度は1メートルあたり3500モー(mho)であり、電流密度 J = σE = σVB = 735,000アンペア/平方メートル、すなわち1平方センチメートルあたり73.5アンペアを得た。ノズル長10cm、幅5cm(断面積50cm²)の場合、短絡時の最大電流は3675アンペアであった。

電極が短絡されたとき、電流が最大となり、ラプラス力の合力は、実験により示されたように、ガスを十分に減速させ、電磁力のみで直角の衝撃波を発生させた。

超音速でレンズ型翼に衝突するガスには、自らのエネルギーがあり、これを活用できる。衝撃波を除去するために必要なエネルギーは、実際には、入口付近および出口付近でガスを加速するために消費されたエネルギーから、中央電極対の動作に伴うガスの減速によって得られたエネルギーを差し引いたものである。

この結果は非常に興味深く、衝撃波を消滅させるために必要なエネルギーは、当初予想されたよりもはるかに少なかったことを示している。エネルギー損失の主な原因はジュール熱であった。飛行機が冷たい空気中を飛行する場合、マイクロ波を用いてガスを人工的にイオン化するためのエネルギーも追加される必要があるが、我々はこれについても数値を算出していた。
マッハ波の傾斜に対するラプラス力の作用はどのように働くか?
非常に簡単である。たとえば、MHDノズルが発電機として動作し、流体を減速している場合、マッハ波の変化は以下のようになる。
これはやや緩やかな減速である。マッハ波はオルガンの鍵盤のように圧縮される。電極は「負荷」がかかっており、電流密度が制限される。このように、より強い減速が衝撃波を生じる仕組みが理解できる。流速が低下してガスが準音速に近づくと、マッハ波はさらに集中し、オルガンのように圧縮され、圧力の乱れが蓄積される。その結果、衝撃波が形成され、これは最初の「ストリーマー」(最初の電極対から発生する電流噴流)の前で安定化しながら、ノズル入口に向かって急速に移動する。まるで、このストリーマーが不透明な障害物のように振る舞うかのようである。
一方、電力がシステムに供給されると、ノズルはファラデー型MHD加速器として動作する。マッハ波は水平方向に倒れる傾向を持つ。
このMHD加速は、1960年代に私が勤務していた研究所でも確認された。非常に効果的であった。ノズル入口での速度が2500m/sであったのに対し、出口での速度は8000m/s以上に達し、わずか10cmの距離で速度が5km/s以上増加した。
これらの実験は、ガスが十分なイオン化度を有していれば、MHD作用が極めて効果的であることを示している。補足として、アルゴンにおけるこの電気伝導度(1メートルあたり3500モー)は、イオン化度10⁻³(1000個中1個がイオン化)に相当する。
冷たい空気では、人工的にイオン化する必要がある。たとえば、周波数3GHzのマイクロ波をガスに照射し、最もイオン化されやすい成分である酸化窒素(NO)から電子を剥ぎ取る。また、イオン化エネルギーが低いアルカリ金属(セシウムやナトリウム)を添加することも検討できる。
我々は、1980年代にCNRSの資金を受けて、レブランとともに博士論文の枠内でこれらの計算を行った。コンピュータシミュレーションの結果、衝撃波を全く持たない完全に「整列した」流れが得られた。次の図には、マッハ波の二つの波群が描かれている。
この理論的研究は、依然として三対の電極を用いた水力類似実験によって補完された。船首波と船尾波は完全に消滅した。酸性水の電気伝導度は低いため、流体のエネルギーをエネルギー収支の改善に利用することはできなかった。結果は上記と同様であり、流体が「平らな」流れを維持していることが確認された。
興味のある読者は、私の漫画『沈黙の壁』(cd-rom Lanturlu参照)に、これらの要素の一部を再確認できるだろう。
これらの研究を実現するにはどうすればよいのか。
これらのアイデアは魅力的である。衝撃波を避けられる新しい超音速流体力学の可能性を開く。MHDの問題は、十分な電気伝導度を持つガスで作業を行うことにある。20年間の研究を経て……