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MHD7の開始

science/mhd

MHD推進。

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以前の図では、ラプラス力が円筒の周りに誘導する流れを示しており、これらの力が飛行機や航行機の推進に利用可能であることが示されている。しかし、円筒形は最も適切な形状とは思えない。したがって、この物体に電極の輪を設けることで、球体に簡単に移行できる。

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回転スイッチングシステムにより、直径方向に反対する二つの電極を順次電源に接続し、一方をアノード、他方をカソードとする。この装置を回転磁場システムと結合すればよい。この場合、模型内部に軸に取り付けられた磁石を設置する必要はない(1976年に水力実験の際、ピンポンボール内部に回転磁石を設置したことはあるが)。物理の学生なら誰でも、120度間隔で配置された三つのソレノイドに適切に位相ずらし電流を供給すれば、回転する磁気双極子に相当する効果が得られることを知っている。その結果は以下の通りである:

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衝撃波消滅実験がレンズ型断面周囲で成功していた場合、この多電極・回転磁場型模型を用いて再実験を試みる予定だった。電源は、適切に同期されたコンデンサーの放電によって供給される予定だった。

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冷気での実験もまた興味深いものになるだろう。模型を高周波アンテナとして利用すればよい。1978年にはすでに、この点に関して非常に興味深い実験を行っていた。再び、イオン化は物体の直近の周囲に適切に局在化するだろう。

レンズ型航空機。

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しかし、最も興味深い実験は、MHDレンズ型航空機(1975年、フランス科学アカデミー・レポートに掲載、「新しい種類のMHD変換器」と題する)に関するものだった。この場合、電極を備えない機械となる。

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交流電流が流れるソレノイドを考える。周囲の空気中に誘導された磁場を生じ、それに伴って電流の循環が生じ、その電流に伴って、誘導磁場の変化に反対する(レンツの法則)二次磁場が発生する。

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閉じた閉路を形成する誘導電流(i)は、時間変化する誘導磁場B(t)と相互作用し、交互に遠心力と向心力となるラプラス力が生じる。例えば、上図において、時刻t₀では、励磁磁場B(励磁)と電流密度J(誘導電流、気体中に循環)の方向は、向心力の方向となる。

時刻t₁では、この力は遠心力となる。

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ソレノイドを内蔵したディスクに接する気体がイオン化されていない場合、特に目立った現象は起こらない。しかし、この気体をイオン化すれば、遠心力と向心力が交互に作用するシステムによって、まるでシェイカーのように振動するようになる。

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この原理に基づいて、上下面で時間的に変調されたイオン化を生じるように工夫すれば、推進システムを構成できる。具体的には、力が遠心方向のときには機体上部の気体が導電性となり、逆に力が向心方向のときには機体下部の気体が導電性となるようにする。

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これにより、機体の周囲を強力に空気を循環させる合力が得られる。

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(パリ科学アカデミー・レポート、1975年)の式は魅力的である。ただし、壁面近くでこの脈動イオン化を実現する手段を見つける必要がある。問題は難しく、空気を導電性にする時間は、気体の物体周りを通過する時間よりもはるかに短くなければならない。例えば、3000m/sで移動する物体で、特徴的な長さが10m(機体の直径)の場合、その時間はミリ秒オーダーとなる。3GHzのパルスマイクロ波発射により、これは現実的な範囲内である。したがって、機体の上下面には、交互に発振する小型クライストロンを配置し、空気分子から自由電子を引き剥がす必要がある。

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別の方法は、一見より魅力的である。電子が適切なエネルギーを持つ場合、分子に電子付加が起こることが知られている。一部の分子は余分な電子を得て、寿命が非常に短い負イオンとなる。この現象は、本件において非常に有用である。

壁面電子銃は、小型のトラップ(罠)の形をとる。原理は単純である。ソレノイドが以下の配置の磁場を生成する。

この磁場は壁面に垂直であり、壁面からの距離とともに強度が減少する。これに磁気圧力が関連する:

右図において、中心電極と環状電極の間で電気放電が発生すると、電子は磁気圧力が低い領域、すなわち壁面から遠くへ放出される。放出エネルギーはBの値に依存する。Bの値を適切に調整すれば、これらの電子ジェットは空気中に負イオンを生成し、誘導磁場Bの変化に関連する誘導電流の効率的な担体となる(上記参照)。最大の空力効率は、壁面に接する気体層(いわゆる「境界層」)で作用することにある。しかし、これにはプラズマの閉じ込め問題が生じる。これは低圧実験で検討され、すぐに解決された。

等赤道ソレノイドが生成する磁場Bもまた、磁気圧力と関連している。この磁気圧力は、対称面から離れるにつれて減少する。したがって、電気放電は壁面から大きく離れて制御不能になる傾向がある。

解決策は、単一のソレノイドではなく、二つの小型の二次ソレノイドを用いることだった。これらは閉じ込め用ソレノイドとして機能する。

ある瞬間、以下の電流が流れる:

  • 等赤道ソレノイド内
  • 二つの閉じ込め用ソレノイド内

これらの電流は逆方向である。幾何学的配置により、凹面壁の近くに磁気圧力勾配を形成でき、電気放電を壁面に押し付け、境界層気体内に保持することができる(実際には、数メートル規模の機体に対して……)