MHD5 시작
...수압 모델에서 직선 충격파의 전파는 '파도가 밀려오는 것'과 유사하다. 이 현상을 어떻게 만들어낼 수 있을까? 단순히 B부분에는 낮은 수위를, A부분에는 높은 수위를 설정하면 된다. 확장 수조에는 아무것도 없고, 물이 전혀 없다. 단면도는 다음과 같다:
...실험 준비 완료. 수문의 장벽을 매우 빠르게 제거한다. 색소(예: 플루오레세인)로 칠해진 물질이 하류 방향의 채널로 폭발적으로 유입된다. 그 결과는 다음과 같다:
...무엇을 관찰할 수 있는가? 무색 물질을 움직이게 하는 액체 파면이 발생하는 파도가 밀려오는 모습이다. 그러나 파면은 물 자체보다 더 빠르게 이동한다.
...하류 방향으로는 팽창파가 발생하지만, 더 부드럽다. 이는 충격파가 아니다.
...짧은 시간 후, 상황은 다음과 같다:
...팽창파가 수조 바닥에 도달한다. 맑은 물이 밀려나 움직이게 된 부분과 경계면 사이의 거리가 증가했다. 따라서 깨끗한 물이 움직이게 되어 높이가 증가한, 활용 가능한 바람(가스의 압력과 유사한 수압 모델)을 얻게 되었다. 이 바람을 활용해 실험을 수행할 수 있다. 이후 팽창파는 수조 바닥에서 반사되어 경계면-파면 전체를 빠르게 따라잡게 된다.
...만약 벽면에 '관측 창'을 설치했다면, 바람이 불어오는 동안 깨끗한 물이 움직이는 모습을 관찰할 수 있었을 것이다. 전체 과정은 'x-t 도표'로 해석할 수 있다:
...여기서 보여주는 것은 '충격파 튜브'의 작동 원리와 정확히 유사한 이미지이다. 수문을 '고압실'로 교체하면 된다. 수문은 수동으로 조작되며, 연료 연소로 인해 도달한 압력이 충분해지면 열려지는 구리 다이어프램이다. 시험 채널은 일정한 단면적을 가진 시험관이 되며, 초기에는 저압의 아르곤(13mmHg)으로 채워져 있다. 확장 수조는 형태가 자유로운 진공 용기이다. 종이 장벽은 아르곤이 도달할 때 파열되는 마이 lar 막으로 대체된다. 아래는 설치의 개략도이다:
...고압실 길이: 1.4미터. 지름(시험 유동부와 동일): 5.6cm. 시험 유동부 길이: 6미터. 아래쪽에는 붉은 구리 막이 있으며, 홈을 가진 상태로 취약하게 만들어져 있으며, 4개의 꽃잎처럼 열려 연소된 가스가 자유롭게 통과하도록 한다. 고압실은 H2 + 1/2 O2 혼합가스와 희석제로 헬륨을 포함한다. 팽창 탱크는 진공을 유지할 수 있는 충분히 견고한 일반 드럼이다. 설치는 쉽게 구할 수 있는 팔레트 진공 펌프(10-2 mmHg 이하 진공, 약 10-2 torr)와 진공에 강한 밸브로 완성된다. 수소, 산소, 헬륨을 공급하는 병을 여러 개 추가한다. 물론 아르곤도 포함된다.
...연료 가스 혼합물은 고전압 소스에 연결된 점화 플러그 시스템으로 점화된다. 이 시스템은 전자기 간섭을 유발하므로, 고압 시스템 전체는 파라데이 케이지(목재 기둥과 1mm 메쉬 구리망)로 둘러싸여 있다. 격식은 없지만 효과적이다. 6미터 길이의 저압 아르곤은 즉시 압축된(1bar) 고온(10,000K) 가스로 변환되어 약 20cm 길이의 실로 변한다. 이 가스는 즉시 '연소된 가스' 즉, 수증기와 헬륨의 혼합물로 이어진다.
...이것이 고온 래프트 풍동의 부분이다.
...측정과 MHD 실험을 수행할 시험 유동부의 단면은 사각형(5cm × 5cm)이다. 따라서 원형 단면에서 사각형 단면으로 전환할 수 있는 정밀 가공이 필요한 부품을 삽입해야 한다:
...MHD 노즐은 페놀 플라스틱(접착 부위 포함) 또는 강도가 뛰어난 적층 플라스틱으로 제작할 수 있으며, 우수한 광학 품질의 창을 갖추고 있다. 아르곤의 온도가 높지만, 래프트의 지속 시간이 매우 짧기 때문에(8000만 분의 1초) 노즐 부품에 손상이 가지 않는다.
...횡방향 자기장을 생성하기 위해 두 개의 솔레노이드를 아래와 같이 배치한다:
...다음 그림에서는 모형(렌티큘러 날개 프로파일)의 배치를 보여주기 위해 하나의 솔레노이드를 제거했다:
...MHD 노즐의 부피(부피를 포함)는 약 1리터이며, 생성해야 할 자기장은 20,000 가우스(2테슬라)이므로 솔레노이드의 권선에 매우 큰 전류(50,000A)를 흘려야 한다. 이와 같은 전류는 저항열(Joule 열) 때문이 아니라, 권선 내부에서 작용하는 J × B 힘 때문에 솔레노이드가 폭발할 수 있다. 따라서 붉은 구리 권선에 유리섬유를 아라르디트에 담근 '코르셋'과 같은 보호 장치를 부착해야 한다.
...MHD 상호작용 실험은 매우 짧은 시간 동안 이루어지므로, 고전류를 경제적으로 생성하기 위한 방법은 콘덴서 배터리를 사용하여 인덕턴스에 방전하는 것이다(진동 방전). 전류 방전 주기를 5밀리초로 설정하여, 실험이 고온 아르곤 래프트가 통과할 때 자기장 B가 거의 정적 상태가 되도록 동기화하면 된다.
...다음 그림은 1960년대 내 연구실에 있던 MHD 실험을 위한 충격파 풍동의 모습이다.
...콘덴서는 5kV로 충전되었다. 더 작은 콘덴서 배터리는 모형 시험용 전극에 전원을 공급하는 데 사용되었다.
...문제: 50,000A를 어떻게 전환할 것인가? 답: 전기 기관차용 오래된 이니시트론(2,000A 전환 설계지만, 25배 이상의 전류로 수백 번의 시험에도 견딜 수 있는 충분한 내구성)을 사용한다. 이니시트론은 고전력 전기 전문가들에게 잘 알려져 있다.
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