Begin van MHD7
De MHD-aandrijving.
...Een vorige tekening, die het geïnduceerde stromingspatroon toont door de werking van de Laplace-krachten rond een cilinder, laat zien dat deze krachten gebruikt kunnen worden voor de aandrijving van zwevende of zeilende machines. Toch lijkt de cilindervorm niet de meest geschikte. Het is dan eenvoudig om over te stappen op een bolvorm, door een dergelijk object te voorzien van een ring van elektroden.
...Een roterend schakelsysteem zorgt ervoor dat twee diametraal tegenover elkaar gelegen elektroden sequentieel worden aangestuurd, waarbij één elektrode als anode en de andere als kathode fungeert. Het essentiële is dan om dit apparaat te koppelen aan een roterend magnetisch veld. In dit geval is het niet nodig om binnen de modelvorm een op een as gemonteerde magneet te plaatsen (hoewel we dat in 1976, bij hydraulische experimenten, wel deden door een roterende magneet in een pingpongbal te plaatsen). Alle natuurkundestudenten weten dat drie solenoïden op 120° afstand, aangedreven door stromen met een geschikte faseverschuiving, een roterend magnetisch dipool-equivalent opleveren. Het resultaat is:
...Als het experiment met de verdwijning van schokgolven rond een lensvormig profiel zou zijn gelukt, hadden we geprobeerd hetzelfde experiment te herhalen met een dergelijk model met meerdere elektroden en een roterend veld, gevoed door gecontroleerde ontladingen van condensatoren.
...Het experiment in koud gas zou eveneens interessant zijn geweest. Het zou voldoende zijn geweest om het model als HF-antenne te gebruiken. We hadden al in 1978 zeer interessante experimenten op dit gebied uitgevoerd. Opnieuw zou de ionisatie zich netjes beperken tot de directe omgeving van het object.
De lensvormige luchtvaartuigen.
...Maar het meest interessante experiment zou betrekking hebben gehad op het thema van het MHD-lensvormige vliegtuig (publicatie in de CRAS, 1975, onder de titel "Nieuwe soort MHD-omzetter"). Hier gaat het om een machine zonder elektroden.
...Beschouw een solenoïde die wordt doordrongen door een wisselstroom. Deze creëert in de omringende lucht een geïnduceerd veld, dat gepaard kan gaan met een stroomcirculatie, waarbij een secundair veld ontstaat dat (volgens de wet van Lenz) de verandering van het oorspronkelijke veld tegengaat.
...De geïnduceerde stroom (i), die gesloten lussen vormt, reageert op het inductieveld B(t) en geeft krachten van Laplace die radiaal zijn, afwisselend centrifugaal en centripetaal. Bijvoorbeeld, op de bovenstaande figuur, op tijdstip t0 geven de richtingen van het veld B (opwekkend) en de stroomdichtheid J (geïnduceerd, circulerend in de gasmassa) een radiale centripetale kracht.
Op tijdstip t1 is deze kracht centrifugaal.
...Als het gas dat de schijf met zijn interne solenoïde raakt niet geïoniseerd is, gebeurt er niets opvallends. Als we dit gas wel ioniseren, zal het worden geschud door een systeem van afwisselend centrifugale en centripetale krachten, zoals in een shaker.
...Op basis hiervan kan men een aandrijfsysteem ontwerpen door tijdsgebaseerde ionisatie te creëren op de boven- en onderkanten, zodat het gedeelte van het gas boven het voertuig geleidend is wanneer de krachten centrifugaal zijn:
en juist het gedeelte onder het voertuig wanneer deze krachten centripetaal zijn:
...Zo verkrijgt men een systeem van combinaties van krachten dat krachtig lucht om het voertuig laat circuleren:
...De formule (Compte Rendu aan de Académie des Sciences van Parijs, 1975) is verleidelijk. Maar het is nodig een manier te vinden om deze pulserende ionisatie in de nabijheid van de wand te creëren. Het probleem is lastig, omdat de tijd waarin lucht geleidend wordt gemaakt van dezelfde orde van grootte moet zijn als de transitietijd van de gasmassa rond het object. Beschouwen we een object dat met 3000 meter per seconde beweegt, en een karakteristieke lengte van tien meter (de diameter van het voertuig), dan leidt dit tot tijden van de orde van de milliseconde, wat niet onmogelijk is met pulserende microgolven op 3 gigahertz. De boven- en onderkanten van het apparaat zouden dan moeten zijn bekleed met mini-klystrons die afwisselend werken en elektronen losmaken uit luchtmoleculen.
...Een andere oplossing is a priori interessanter. Men weet dat wanneer moleculen worden beschoten met elektronen met een goed afgestemde energie, elektronische bindingen ontstaan. Sommige moleculen krijgen dan een extra elektron en worden negatieve ionen, met een zeer korte levensduur, wat in ons geval interessant is.
...De elektro-kanonnen langs de wand zullen de vorm hebben van mini-vallen. Het principe is eenvoudig. Een solenoïde creëert een magnetisch veld met de onderstaande configuratie:
...Dit veld, loodrecht op de wand, neemt af in sterkte naarmate men verder van de wand komt. Daarbij hoort een magnetische druk:
...Op de rechterfiguur ziet een elektrische ontlasting tussen een centrale elektrode en een ringvormige elektrode haar elektronen uitgestoten naar gebieden waar de magnetische druk lager is, dus ver van de wand, met een energie die afhangt van de waarde van B. Als deze waarde goed afgestemd is, zullen deze elektronenstralen in de lucht negatieve ionen vormen, efficiënte dragers van de geïnduceerde stroom die gekoppeld is aan de verandering van het inductieveld B, dat wordt opgewekt door de ringvormige solenoïde (zie hierboven). De maximale aerodynamische efficiëntie komt tot stand wanneer werkt in de gaslaag direct aan de wand (de zogenaamde "grenslaag"). Maar dan doet zich een probleem van plasmaconfinement voor, dat experimenteel is bestudeerd bij lage druk, en snel werd opgelost.
...Het magnetisch veld B dat wordt opgewekt door een equatoriale solenoïde is zelf ook gekoppeld aan een magnetische druk. Deze neemt af naarmate men verder van het symmetrievlak komt. Elke elektrische ontlasting had dan de neiging om zich aanzienlijk van de wand te verwijderen, en oncontroleerbaar te worden.
...De oplossing was om niet één solenoïde te gebruiken, maar drie, waarvan twee secundaire solenoïden met kleinere diameter fungeren als confinementssolenoïden.
...Op een bepaald moment zijn de stromen die
...- door de equatoriale solenoïde lopen
...- door de twee confinementssolenoïden lopen
van tegengestelde richting. De geometrie maakt het mogelijk om in de nabijheid van een holle wand een gradient van magnetische druk te creëren die de elektrische ontlasting tegen de wand plakt en in de grenslaag houdt (concreet, voor een machine van tien meter diameter, in een laag van enkele centimeters dikte).
...Deze experimenten met wandconfinement waren onder de meest spectaculaire die we in de jaren zeventig uitvoerden, met middelen van de eerste klas.
...Over het algemeen had het voertuig toen de vorm van twee op elkaar geplakte borden, en dat was waarschijnlijk wat de militairen zo erg vond.
...Men kan zich afvragen hoe een apparaat dat zo duidelijk niet aerodynamisch is, met Mach-getallen tot tien kan bewegen, waarbij de snelheidsvector langs zijn as gericht is, wat een extreem abrupte omleiding van de lucht aan de equatoriale rand van het voertuig vereist. Hiervoor moet het gas volkomen onderworpen zijn aan de instructies van elektromagnetische krachten, wat een beetje tegen de verbeelding in gaat.
...Het is alleen dat men hun kracht niet goed voorstelt. Laten we berekenen, met μ₀ = 4π × 10⁻⁷, de waarde van de magnetische druk (gegeven door de formule hierboven), voor een magnetisch veld van 10 tesla. Resultaat van deze berekening:
vierhonderd keer de waarde van de atmosferische druk
...De MHD leidt tot een volledig andere vloeistofmechanica dan de conventionele discipline, zowel in subsonische, supersonische of hypersonische stromingen, waarbij het gas geen andere keuze heeft dan zich te onderwerpen aan de krachten die in zijn binnenste werken.
Bibliografie:
(1) J.P. Petit: "Is supersonic flight possible?" Eighth Inter. Conf. on MHD Electr. Power Generation. Moskou 1983.
(2) J.P. Petit & B. Lebrun: "Shock wave cancellation in a gas by Lorentz force action". Ninth Inter. Conf. On MHD Electr. Power Generation. Tsukuba, Japan, 1986
(3) B. Lebrun & J.P. Petit: "Shock wave annihilation by MHD action in supersonic flows. Quasi-one dimensional steady analysis and thermal blockage". European Journal of Mechanics; B/Fluids, 8 , n°2, pp.163-178, 1989
(4) B. Lebrun & J.P. Petit: "Shock wave annihilation by MHD action in supersonic flows. Two-dimensional steady non-isentropic analysis. Anti-shock criterion, and shock tube simulations for isentropic flows". European Journal of Mechanics, B/Fluids, 8 , pp.307-326, 1989
(5) B. Lebrun: "Approche théorique de la suppression des ondes de choc se formant autour d'un obstacle effilé placé dans un écoulement d'argon ionisé. Thèse d'Energétique n° 233. Université de Poitiers, Frankrijk, 1990.
(6) B. Lebrun & J.P. Petit: "Theoretical analysis of shock wave anihilation by lorentz force field". International MHD symposium, Peking 1990.
VERDER
Terug naar Gids teller geïnitialiseerd op 16/01/2001