In hydraulische analogie is de voortplanting van een rechte schokgolf gelijk aan die van een "opspattend golfje". Hoe gaan we dit creëren? Het voldoet om in gedeelte B een kleine waterhoogte te plaatsen en in gedeelte A een grotere waterhoogte. In de uitbreidingsbak: niets, helemaal geen water. In dwarsdoorsnede:
Alles is klaar voor de proef. De scheidingswand van de sluis wordt zeer snel verwijderd. De gekleurde watermassa (bijvoorbeeld met fluoresceïne) stroomt plotseling in het kanaal, stroomafwaarts. We krijgen dit:
Wat zien we? Het begin van een opspattend golfje, een vloeistoffront dat het ongekleurde water in beweging zet. Maar het golffront beweegt sneller dan het water zelf.
Stroomafwaarts ontstaat een uitbreidingsgolf, maar zachter. Dit is geen schokgolf.
Kort daarna is de situatie als volgt:
De verdichtingsgolf bereikt de bodem van de bak. De afstand tussen het heldere water "geduwd", in beweging gebracht, en de grensvlak is toegenomen. We beschikken dus over een bruikbare stoot, waarbij helder water in beweging is gebracht en de hoogte dus is gestegen (hydraulische analogie van druk in een gas). We kunnen dus werken aan deze stoot. Later reflecteert de verdichtingsgolf aan de bodem van de bak en haalt snel het hele grensvlak-golffront in.
Men ziet dat als er een "observatievenster" in de wand was aangebracht, men tijdens de "stootperiode" deze heldere watermassa zou hebben gezien die beweegt. Het geheel kan worden afgelezen op een "x,t-diagram":
Hier hebben we een trouwe analoge weergave van het functioneren van een "schokbuis". Het voldoet om de sluis te vervangen door een "hoogdrukkamer". De scheidingswand van de sluis, handmatig bediend, wordt een koperen diafragma dat openklapt wanneer de druk (die we met een verbrandingskamer bereiken) voldoende is. Het proefkanaal wordt een proefbuis, met constante doorsnede, eerst gevuld met argon onder lage druk (13 mm kwik). De uitbreidingsbak is simpelweg een vacuümkapaciteit van willekeurige vorm. De papieren wand wordt vervangen door een mylarfolie die breekt wanneer de schokgolf deze bereikt. Hieronder een schematische weergave van de installatie:
Lengte van de hoogdrukkamer: één meter veertig. Diameter (dezelfde als die van de proefbuis): 5,6 cm. Lengte van de proefbuis: zes meter. Onderaan de rode koperen membraan, met sneden om te verzwakken, en hoe deze openklapt in vier plooien, waardoor de brandende gas vrij kan stromen. De hoogdrukkamer is gevuld met een mengsel van H2 + ½ O2, plus helium als verdunner. De uitbreidingsbak is simpelweg een stevige emmer waarin vacuüm kan worden gemaakt. De installatie wordt aangevuld met verschillende vacuümpompen (schijven), die gemakkelijk te vinden zijn op de tweedehandsmarkt en een vacuüm onder 10⁻² mm kwik (10⁻² torr) kunnen bereiken, evenals met vacuüm-dichte kleppen. Voeg een batterij flessen toe voor waterstof, zuurstof, helium en natuurlijk argon.
Het brandbare gasmengsel wordt ontstoken door een systeem van booglampen aangesloten op een hoge spanning. Omdat dit systeem elektromagnetische storingen veroorzaakt, is de hoogdrukkamer geplaatst in een Faradaykooi (houten steunen en koperen gaas, 1 mm opening). Primitief, maar effectief. De zes meter argon onder lage druk veranderen zich direct in een compacte gaskolom (1 bar) en warm (10.000°K) van ongeveer twintig centimeter lengte. Deze wordt direct gevolgd door de "verbrandingsgassen", dat wil zeggen een mengsel van waterdamp en helium.
Zo is de "warmstootwindtunnel" klaar.
In de proefbuis waar de metingen worden uitgevoerd en de MHD-proef zelf plaatsvindt (vierkante doorsnede: 5 cm bij 5 cm), moet een zorgvuldig geïntegreerde onderdeel worden aangebracht dat van een ronde naar een vierkante doorsnede overgaat:
De MHD-buizen kunnen worden gemaakt van plexiglas (met geplakte delen) of van gelaagd kunststof (vastheid), en zijn uitgerust met een goede optische venster. Hoewel de temperatuur van het argon hoog is, schaadt deze de buisdelen niet, gezien de korte duur van de stoot (achtentwintig miljoensten van een seconde).
Om een transversaal magnetisch veld te creëren, gebruiken we twee spoelen, zoals hier getoond:
In de volgende tekening is één spoel verwijderd om de opstelling van het model (lenticulaire vleugelprofiel) te tonen:
Het volume van de MHD-buis, inclusief ruimtebehoefte, is ongeveer één liter, en het magnetisch veld dat moet worden gegenereerd moet 20.000 gauss (2 tesla) bereiken, dus moet er een grote stroom (50.000 ampère) door de spoelwindingen worden geleid. Een dergelijke stroom heeft de neiging om deze spoelen te laten exploderen, niet vanwege het Joule-effect, maar simpelweg vanwege de krachten J × B die in de windingen zelf werken. De koperen windingen moeten daarom worden uitgerust met een soort "corset", bijvoorbeeld van glasvezel ingebed in araldiet.
Omdat de MHD-proef zeer kort duurt, is een economische oplossing om grote stromen te genereren het gebruik van een batterij condensatoren die in deze spoel worden ontladen (oscillerende ontlading). Het voldoet om alles zodanig te synchroniseren dat de proef (op het moment van doorstroming van de hete argonstoot) plaatsvindt op een moment waarop het magnetisch veld bijna stationair is (ontladingperiode: 5 milliseconden).
Volgende tekening: de schokgolfwindtunnel, uitgerust voor MHD-proeven, zoals die in mijn laboratorium in de jaren zestig stond.
De condensatoren werden opgeladen tot 5 kV. Een kleinere batterij condensatoren dient nu om de elektroden van het proefmodel te voeden.
Probleem: hoe schakel je 50.000 ampère? Antwoord: door gebruik te maken van een oude locomotief-ignitron (ontworpen voor 2000 ampère, maar sterk genoeg om honderden proeven te overleven bij een stroom 25 keer hoger). De ignitron is bekend bij specialisten in hoogspanningsenergie.