De MHD-aandrijving.
Een vorige tekening, die het door de Laplace-krachten veroorzaakte stromingspatroon rond een cilinder toont, bewijst dat deze krachten kunnen worden gebruikt voor de aandrijving van zwevende of dobberende machines. Toch lijkt de cilindrische vorm 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 doel is dan om dit apparaat te koppelen aan een roterend magnetisch veld. In dit geval is het niet nodig om binnen de modelmaquette een magneet op een as te plaatsen (hoewel we dat in 1976, tijdens hydraulische experimenten, wel deden door een roterende magneet in een pingpongbal te plaatsen). Alle fysica-studenten weten dat drie solenoïden die op 120° zijn geplaatst, wanneer ze worden gevoed met stromen die geschikt gefaseerd zijn, een roterend magnetisch dipool-equivalent opleveren. Het resultaat is:
Als het experiment met de annihilatie van schokgolven rond een lensvormig profiel had gewerkt, hadden we geprobeerd dezelfde operatie te herhalen met een dergelijk model, met meerdere elektroden en een roterend veld, gevoed door geïntegreerde condensatorontladingen, zorgvuldig gesynchroniseerd.
Het experiment in koud gas zou eveneens interessant zijn geweest. Het model zou dan kunnen fungeren als een HF-antenne. We hadden al in 1978 zeer interessante experimenten op dit gebied uitgevoerd. Opnieuw zou de ionisatie zich zorgvuldig beperken tot de directe omgeving van het object.
De lensvormige aërodynamische machines.
Maar het meest interessante experiment zou betrekking hebben gehad op de MHD-lensvormige aërodynamische machine (publicatie in CRAS, 1975, onder de titel "Nieuwe soort MHD-omzetter"). Het gaat hier dan 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) tegengesteld is aan de verandering van het oorspronkelijke veld.
De geïnduceerde stroom (i), die gesloten lussen vormt, reageert op het inductieveld B(t) en geeft radiale Laplace-krachten, afwisselend centrifugaal en centripetaal. Bijvoorbeeld, op de bovenstaande figuur is op tijdstip t0 de richting van het veld B (opwekkend) en de stroomdichtheid J (geïnduceerd, circulerend in de gasmassa) een radiale centripetale kracht opleveren.
Op tijdstip t1 is deze kracht centrifugaal.
Als het gas dat grenst aan de schijf met haar interne solenoïde 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 tijdelijk geïoniseerde zones te creëren op de boven- en onderkant, 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 ontstaat een combinatie van krachten die krachtig de lucht rond het voertuig doen circuleren:
De formule (Compte Rendu aan de Académie des Sciences van Parijs, 1975) is overtuigend. Maar het probleem is om een manier te vinden om deze pulserende ionisatie dicht bij de wand te creëren. Het is een delicate zaak, omdat de tijd waarin de lucht geleidend wordt, van dezelfde orde van grootte moet zijn als de transitietijd van de gasmassa rond het object. Bij een object dat met 3000 meter per seconde beweegt en een karakteristieke lengte van tien meter (de diameter van het voertuig) leidt dit tot tijden van ongeveer één milliseconde, wat haalbaar is met gepulste microgolven op 3 gigahertz. De boven- en onderkanten van de machine zouden dan moeten worden bekleed met mini-klystrons die afwisselend werken en elektronen losmaken uit luchtmoleculen.
Een andere oplossing is a priori nog interessanter. Men weet dat wanneer moleculen worden gebombardeerd met elektronen met een goed afgestemde energie, elektronische bindingen kunnen ontstaan. Sommige moleculen krijgen dan een extra elektron en worden negatieve ionen, met een zeer korte levensduur, wat in ons geval interessant is.
De parietale elektronkanonnen zullen de vorm hebben van kleine valstrikken. 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. Daaraan wordt een magnetische druk gekoppeld:
Op de rechterfiguur ziet een elektrische ontlading tussen een centrale elektrode en een ringvormige elektrode haar elektronen uitgeslingerd 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 wordt afgestemd, zullen deze elektronenstralen de vorming van negatieve ionen in de lucht veroorzaken, efficiënte dragers van de geïnduceerde stroom die gekoppeld is aan de verandering van het inductieveld B, dat wordt gegenereerd door de ringvormige solenoïde (zie hierboven). De maximale aerodynamische efficiëntie wordt bereikt door te werken in de gaslaag direct aan de wand (de zogenaamde "grenslaag"). Maar dan doet zich een probleem van plasmaconfinement voor, dat experimenteel is onderzocht bij lage druk en snel werd opgelost.
Het magnetisch veld B dat wordt gegenereerd door een equatoriale solenoïde is zelf ook gekoppeld aan een magnetische druk. Deze neemt af naarmate men verder van het symmetrievlak komt. Elke elektrische ontlading had dan de neiging om zich aanzienlijk van de wand te verwijderen, waardoor ze oncontroleerbaar werd.
De oplossing was om niet één, maar drie solenoïden te gebruiken, waarbij twee kleinere secundaire solenoïden fungeren als confinementssolenoïden.
Op een bepaald moment zijn de stromen die lopen:
-
In de equatoriale solenoïde
-
In de twee confinementssolenoïden
van tegengestelde richting. De geometrie maakt het mogelijk om in de buurt van een convexe wand een gradient van magnetische druk te creëren die de elektrische ontlading tegen de wand plakt en in de grenslaag houdt (concreet, voor een machine met een diameter van enkele tientallen meters, in een laag van enkele centimeters dikte).
Deze experimenten met parietale confinement waren onder de meest spectaculaire die we in de jaren zeventig uitvoerden, met middelen uit de kast.
Over het algemeen had het voertuig toen de vorm van twee aaneengesloten schotels, en dat was waarschijnlijk precies wat de militairen zo onaangenaam vond.
Men kan zich afvragen hoe een machine die zo duidelijk niet-aerodynamisch lijkt, tot Mach-getallen van tien kan bewegen, met haar snelheidsvector langs haar as gericht, wat een extreem abrupte omleiding van de lucht aan de equatoriale rand zou vereisen. Hiervoor moet het gas volkomen gehoorzaam zijn aan de elektromagnetische krachten, wat enigszins de verbeelding te boven gaat.
Maar men onderwaardeert hun kracht. Laten we berekenen, met
m o = 4 p 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 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 te gehoorzamen aan de krachtige krachten die erin werken.
Bibliografie
:
(1) J.P. Petit: "Is supersonic flight possible?" Achtste Internationale Conferentie over MHD Elektrische Energiewinning. Moskou 1983.
(2) J.P. Petit & B. Lebrun: "Schokgolfannihilatie in een gas door de werking van Lorentz-krachten". Negende Internationale Conferentie over MHD Elektrische Energiewinning. Tsukuba, Japan, 1986
(3) B. Lebrun & J.P. Petit: "Schokgolfannihilatie door MHD-werking in supersonische stromingen. Quasi-eendimensionale stationaire analyse en thermische blokkering". European Journal of Mechanics; B/Fluids, 8, nr. 2, pp.163-178, 1989
(4) B. Lebrun & J.P. Petit: "Schokgolfannihilatie door MHD-werking in supersonische stromingen. Tweedimensionale stationaire niet-isentropische analyse. Anti-schokcriteria en schokbuis simulaties voor isentropische stromingen". European Journal of Mechanics, B/Fluids, 8, pp.307-326, 1989
(5) B. Lebrun: "Theoretische benadering van de onderdrukking van schokgolven die zich vormen rond een gescherpte obstakel in een geïoniseerde argonstroom. Thesis in Energietechniek nr. 233. Universiteit van Poitiers, Frankrijk, 1990.
(6) B. Lebrun & J.P. Petit: "Theoretische analyse van schokgolfannihilatie door Lorentz-krachtveld". Internationaal MHD-symposium, Peking 1990.
VOORUIT
Terug naar Gids