De gestreepte lijn dient om de regio aan te geven waarin het vloeistof begint te verspreiden om ruimte te maken voor het object.
In de supersone situatie kunnen deze geluidsgolven niet meer "de vloeistof informeren" voordat het object erop is. Het gas wordt dan "op het vallen" en zijn reactie is het vormen van schokgolven. Het idee was dus om een manier te vinden om op afstand, voor het object, het gas te beïnvloeden door het te laten plaatsmaken.
Een eerste oplossing betreft de doordringing van een vleugelprofiel in lucht, met supersone snelheid. Het is bekend dat het effect van de impact van dit object op de lucht zijn plotselinge vertraging veroorzaakt. Het leek dus logisch om het gasstroom langs het profiel te bevorderen, in de buurt van de aanvoerkant, terwijl het gas in de voorste regio al begint te vertragen. Dit is mogelijk door een magnetisch veld loodrecht op het beeld te plaatsen en twee wandelektroden te gebruiken, zoals aangegeven. De stroomlijnen van de elektrische stroom in het gas zijn aangegeven. Hieruit ontstaat een Lorentzkracht (Laplace-kracht, voor de anglo-saxons), die volgt naar de "drie vingersregel".
Hieronder is de algemene vorm van het elektromagnetische krachtenveld, loodrecht op de stroomlijnen.
Zo wordt er op drie manieren gewonnen:
- Voor het voertuig beginnen we de vloeistof in de voorste regio te vertragen.
- We starten een verspreidingsbeweging van de vloeistof.
- We bevorderen zijn stroom langs de wand.
De elektromagnetische kracht per volume-eenheid is J × B, waarbij B de intensiteit van het magnetische veld is, uitgedrukt in tesla (1 tesla is gelijk aan 10.000 gauss), en J de elektrische stroomdichtheid, in ampère per vierkante meter. De kracht wordt dan uitgedrukt in newton per kubieke meter.
Een stroomdichtheid van slechts 1 ampère per vierkante centimeter (10.000 ampère per vierkante meter), gecombineerd met een veld van 10 tesla, zou een kracht van tien tonnen per kubieke meter gas opleveren, voldoende om de stroom de gewenste effecten te laten vertonen.
De kracht is het sterkst in de buurt van de elektroden waar de stroom zich concentreert en de stroomdichtheid het hoogst is.
Het probleem is natuurlijk om zo'n elektrische stroom door een materiaal te laten lopen dat a priori een uitstekende isolator is: lucht. We zullen dit probleem later bespreken.
In eerste instantie, in 1976, kozen we voor simulaties gebaseerd op hydraulische experimenten. Het medium was azijnzuur water (om het elektrisch geleidend te maken). Het bleef om de experimenten te dimensioneren. We hebben een magnetisch veldinstallatie die een tesla geeft in enkele kubieke centimeters. De stroomsnelheid was 8 cm per seconde. De dichtheid van het water is 1000 kg/m3, het is mogelijk om de minimale waarde van J te berekenen zodat het interactieparameter:
waar L een karakteristieke afmeting van de model is.
De onderdrukking van de boeggolf werd met de eerste proef (1976) bereikt. We werkten met lenticulaire modellen, maar de eerste proeven werden uitgevoerd op een cilindrisch model, waarop een boeggolf werd waargenomen die een losgekomen schokgolf simuleerde, zich vormend op afstand van een cilindrisch obstakel:
Met een magnetisch veld loodrecht op het beeld, werd de onderdrukking van de boeggolf bereikt met behulp van twee elektroden zoals aangegeven in de figuur. De opstelling van de poolstukken van de elektromagneet is ook weergegeven. Diameter van het model: 7 mm. Breedte van de ingebedde elektroden in de wand: 2 mm.
De figuur hierboven toont de golven in afwezigheid van elektromagnetische krachten, en de volgende toont deze na onderdrukking van de voorste golf.
De Lorentzkrachten, veroorzaakt door de stroom in het azijnzuur water, gecombineerd met het transversale magnetische veld, corresponderen met de figuur hieronder:
Deze krachten zijn vooral intens in de buurt van de elektroden, waar de stroom zich concentreert (maximale stroomdichtheid J). Bovenstroom, veroorzaken ze een vertraging van het vloeistof. Maar dit krachtenveld is niet voldoende om het gehele golfstelsel volledig te onderdrukken. In experimenten met een cilindrisch obstakel, met slechts één paar elektroden, werden deze golven eenvoudigweg samengeperst in de onderstroom van het model. Toch, zoals aangegeven in de figuur, was dit voldoende om een depressie te creëren op het "stilstaande punt", waarmee werd aangetoond dat zo'n systeem ook gebruikt kon worden voor MHD-voortstuwing.
De onderdrukking van het gehele golfstelsel kan worden gegarandeerd, zoals bleek uit de simulaties, rondom een lenticulair model, met behulp van dit keer drie paren elektroden. Inderdaad, als we naar een vorige figuur kijken, zien we dat de opkomst van de Machgolven het gevolg is van het samenkomen van Machgolven in twee regio's, voor en achter.
Wij waren de eersten (doctoraatsverdediging van Bertrand Lebrun) om het kernconcept van het reguleren van een supersone stroom met behulp van Lorentzkrachten in te voeren door rondom een model een stelsel van parallelle Machgolven te opleggen:
De tweede familie van kenmerkende golven, de Machgolven, is niet weergegeven.
Drie acties zijn dus nodig:
-
Verhinderen dat de Machgolven zich in de buurt van de aanvoerkant van het model oprichten, door het vloeistof in die regio te versnellen.
-
Ze verhinderen zich te ontspannen (in "de expansie-ventiel") op de zijkant van het model.
-
Tot slot, opnieuw versnellen in de buurt van de afvoerkant.
Hieruit volgt een systeem van drie wandelektroden:
Het magnetische veld was loodrecht op het beeld, maar om het juiste krachtenveld te creëren, was het nodig (in de op computer uitgevoerde simulaties) om dit te "schilderen", wat mogelijk was met behulp van meerdere gecombineerde solenoïden. In de buurt van de elektroden waren de Lorentzkrachten schematisch als volgt:
De thesis van Lebrun (publicatie op het 7e internationaal MHD-congres in Tsukuba, Japan en op het 8e internationaal MHD-congres in Peking, 1990, evenals in de tijdschrift The European Journal of Physics) toonde de theoretische haalbaarheid van de operatie aan. Dit resultaat is interessant van meer dan één kant. In feite, wanneer we het vloeistof versnellen, geven we het energie, terwijl het vloeistof zelf energie levert wanneer het vertraagt. Waarom? Omdat het vloeistof langs het model met snelheid V lekt, impliceert een elektromotorische kracht V × B. Deze kracht probeert een stroomdichtheid J = σ (V × B) te creëren, waar σ de elektrische geleidbaarheid is, die gecombineerd wordt met het magnetische veld volgens de Lorentzkracht J × B = σ (V × B) × B.