Zniszczenie fal uderzeniowych
Jak unieszkodliwić fale uderzeniowe
Pomysł 100% Jean-Pierre Petit, koniec lat siedemdziesiątych
21 listopada 2003 roku
Kiedy wygłosiłem tę prezentację na École Supérieure de l'Aéronautique w Toulouse w czerwcu 2003 roku, przedstawiłem kluczowy pomysł i został on natychmiast zrozumiany zarówno przez uczestników, jak i przez profesorów mechaniki płynów naddźwiękowych obecnych na wykładzie.
Zauważam, przed kontynuowaniem prezentacji tego pomysłu, że jest on [obecny. Załóżmy, że już przeczytałeś ten materiał z stycznia 2001 roku (a uczestnicy spotkania omówionego przez Szamès nie powinni znać jego treści). Dlaczego wejście powietrza „sterowane przez MHD”, wyposażone w pojazdy poruszające się naddźwiękowo, takie jak Aurora (twierdzę: działające od 1990 roku), znajduje się na górze?
Pierwszy punkt: z góry te maszyny są płaskie jak dłoń. Zobacz zdjęcie modelu aparatu Ajax, wykonanego w tunelu aerodynamicznym:
Nie ja znalazłem to zdjęcie – to zrobił... Szamès, w artykule opublikowanym w czasopiśmie Air et Cosmo na końcu 2000 roku, tuż przed konferencją w Brighton, w której uczestniczył. Mały szczegół: po konferencji powiedział mi:
- Byłeś jedyną osobą, która słyszała o MHD na tej konferencji. Osobiście nie usłyszałem tego słowa ani razu.
Nasz sprzedawca butów nie wie, że najważniejsze dyskusje w konferencjach nie odbywają się w salach, ale między specjalistami, daleko od słuchaczy nieporozumiewających się (lub po prostu niedoświadczonych). Weźmy ten rysunek i zaznaczmy charakterystyki oraz fale uderzeniowe powstające wokół pojazdu (prosta uwaga: zjawisko świetliste widoczne na skrajnie lewej części zdjęcia, w pobliżu ostrza krawędzi napowietrznej pojazdu, nie odpowiada fali uderzeniowej, ale rozładowaniu elektrycznemu, które było stosowane w celu pomiaru w eksperymencie skupionym na zmniejszeniu efektów cieplnych w tym obszarze).
Fale uderzeniowe powstają na dole pojazdu, a nie na górze, która znajduje się „w strumieniu wiatru”. Aby powstała fala uderzeniowa, musi nastąpić zmiana kierunku prędkości. Krawędź napowietrzna Aurora-Ajax została zaprojektowana tak, by jej część górna była styczna do „linii przepływu” w kierunku strumienia gazowego.
Na dole pojazdu znajdują się dwie fale uderzeniowe, z których druga wychodzi z ostrza krawędzi wejściowej (bardzo podobna do tej z „Concorde”, która doprowadza do tradycyjnych silników turbinowych!).
Gdy prędkość pojazdu rośnie, skok temperatury zmienia się w przybliżeniu jak kwadrat liczby Macha. W pewnym momencie, powyżej Mach 3, wejście powietrza dolne nie może już być używane, ponieważ nagrzanie gazu spowodowałoby odparowanie łopatek turbiny stanowiącej kompresor. Przy bardzo wysokiej liczbie Macha (dziesięć – dwanaście) wzrost temperatury byłby taki, że nawet wejście powietrza silnika rakietowego chłodzonego przepływem paliwa przechowywanego w stanie ciekłym nie mogłoby wytrzymać. Teza o scramjet (silnik rakietowy z spalaniem w trybie naddźwiękowym), promowana przez Amerykanów w ich „projektach”, to jedynie piękna dezinformacja, w którą Europejczycy rzucają się głową naprzód. Dziennikarz lotniczy Bernard Thouanel, całkowicie niekompetentny w kwestiach MHD, oczywiście do niej przystosował się (ponieważ... to jest w internecie).
Zatem wejście powietrza dolne zostanie zamknięte, a nadciśnienie wywołane falą uderzeniową dostarczy podnoszenia. Te pojazdy „płyną” po swojej dolnej fali uderzeniowej – nazywane są „wave-riders”. Pojęcie to sięga... lat pięćdziesiątych, sprawdź się, gdy rozważano „spalanie zewnętrzne” pod pojazdem, za falą uderzeniową (ale niestety „grzało małe ptaki”, jeśli oczywiście były na tej wysokości).
Otwieramy wejście powietrza na górze, którego geometria przypomina wyjście niektórych drukarek laserowych. Przed nim długi odcinek wyposażony w generator MHD powierzchniowy (patrz mój tom). Ten generator MHD produkuje energię elektryczną, która następnie zostanie ponownie wprowadzona na tył pojazdu, w sekcję półprzewodzącej strumienia, „w kształcie kaczki”, znajdującą się z tyłu, aby zwiększyć impuls specyficzny strumienia wyjściowego. To system „przełączania MHD” (MHD bypass), słowo uchwycił Szamès w 2000 roku (ale znaczenie jego wówczas prawdopodobnie pozostało mu obce). W tym artykule, który przygotował Alexandre Szamès, znajdowały się ogromne ilości informacji, w tym już od 2000 roku wspomnienie o znaczeniu efektu Halla (dla niego: z języka hebrajskiego, podobnie jak dla Thouanele). Muszę przyznać, że właśnie treść artykułu Szamès, odpowiadająca rozmowom z Rosjaninem Fraistadt, inicjatorem projektu Ajax, skłoniła mnie do wyjazdu do Brighton i kierowała moimi pytaniami do amerykańskich specjalistów obecnych tam, których Thouanel nie omieszkał natychmiast ujawnić imię.
Produkcja energii elektrycznej odbywa się kosztem energii kinetycznej gazu, który w ten sposób jest ponownie sprężany delikatnie, a nie poprzez falę uderzeniową, którą należy bezwzględnie unikać (co niemożliwe jest, jeśli działamy na dole pojazdu – kolejna dezinformacja rozprzestrzeniana przez Amerykanów i Rosjan w konferencjach, w którą francuscy „specjaliści” wpadają głową naprzód). Tutaj właśnie realizuje się pomysł Jean-Pierre Petit: uniknięcie powstawania fali uderzeniowej poprzez zapobieganie przecięciu charakterystyk, ponieważ właśnie ich nakładanie się prowadzi do powstawania tych niepożądanych fal. Powstaje wtedy klasyczny „wachlarz rozprężenia”, który studenci Supaéro dobrze znają. Oto co by się działo w pobliżu tego wejścia MHD bez udziału „hamulca-generatora MHD”:
Zbieżność (na dole i prawo) wyprostowuje charakterystyki, powierzchnie Macha, powoduje ich nakładanie się i gromadzenie tych zaburzeń ciśnienia. Gaz jest spowolniony, ponownie sprężany, ale pojawia się fala uderzeniowa. Miejsce nakładania się to właśnie miejsce powstawania tej fali.
„Wachlarz rozprężenia” (na górze i prawo) z kolei przyspiesza gaz, zwiększa liczbę Macha. Linie Macha się rozchodzą i nie mogą się przecinać, więc nie powstaje fala uderzeniowa. To mechanika płynów sprzed wojny 1939–1945. Jeśli generator MHD nie jest podłączony, wachlarz rozprężenia wejścia MHD wprowadzi gaz spadający z prędkością hipersoniczną do jeszcze większej prędkości, o wyższej liczbie Macha na poziomie kompresora: niemożliwe (choć te wejścia, umieszczone w głąb, mają właściwość zapobiegania powrotowi fal radarowych na łopatki i są więc „niewidzialne” – zob. dron USA X-47A, którego zdjęcie, niezbyt skutecznie przetworzone przez modelarza, znajduje się na okładce mojej książki).
X-47A widziany z przodu
Poniżej ten sam pojazd, dron, widziany z boku:
X-47A widziany z boku
Widoczne jest, jak umiejscowienie wejścia powietrza w głąb zapobiega powrotowi fal radarowych uderzających w łopatki turbiny (to one stanowią największy przeszkodę pod względem niewidzialności). Zauważmy, że ten dron to sam problem. Jak takie wejście mogłoby działać w trybie naddźwiękowym? Wydaje się to a priori niemożliwe. Ale jeśli chodzi o drona bojowego (Amerykanie przedstawiają go jako taki, ale bez żadnych szczegółów dotyczących jego wydajności), czy byłby on nawet bardzo manewrowalny (choć jego dysza nie wydaje się „wektorowana”, czyli z regulowanym strumieniem)… poddźwiękowy? B2, poza sławnym B-52, kluczowym wektorem Strategic Air Command lat pięćdziesiątych, jest najbardziej zaawansowanym pojazdem. A mimo to przedstawiany jest jako poddźwiękowy. Czy naprawdę jest? Te problemy nie są omawiane przez dziennikarzy lotniczych, a Bernard Thouanel jest jednym z nich. Mimo to właśnie im należy zadawać te pytania.
Wróćmy jednak do „odszyfrowania” amerykańskich hipersonicznych pojazdów i tajemnicy ich wejścia powietrza sterowanego przez MHD. Na środkowym rysunku pokazano zmiany powierzchni Macha w wejściu powietrza bez udziału sił elektromagnetycznych J x B związanych z naturalnym działaniem generatora MHD powierzchniowego.
Jeśli tym razem połączymy efekt wynikający z obecności wachlarza rozprężenia i efekt spowolnienia gazu przez siły Laplace’a, możemy – pod warunkiem precyzyjnego doboru (mnóstwo prac doktorskich dla działów fizyki, które obecnie są w całkowitym upadku z powodu braku nowych pomysłów) – wyprostować charakterystyki, powierzchnie Macha z żądaną płynnością, zapobiegając ich przecięciu w strumieniu, a więc bez powstawania fal uderzeniowych. Gdy charakterystyki są całkowicie wyprostowane, prostopadłe do linii przepływu płynu, to wygrana jest pewna: jesteś w trybie poddźwiękowym i możesz spokojnie przesłać ten gaz, ponownie sprężony, ale nie nagrzany, do łopatek tradycyjnego silnika turbinowego pojazdu. Wtedy ten sam silnik służy do startu, lotu naddźwiękowego do Mach 3,5 i lotu hipersonicznego do Mach 12. Genialne, prawda? Co jest niesamowite, to energia potrzebna do spowolnienia gazu i doprowadzenia go do odpowiedniego ciśnienia na wejściu do turbiny pochodzi... właśnie z niego! To koncepcja była już jasno przedstawiona w rozprawie Bertranda Lebruna z 1986 roku oraz w kolejnych publikacjach naukowych. Ale nie jestem pewien, czy ludzie z DGA (armia) lub ONERA (Państwowy Instytut Badawczo-Przeszczepowy Lotnictwa i Przestrzeni Kosmicznej) całkowicie zrozumieli tę koncepcję (gdzie mówi się skromnie o „redukcji oporu falowego”). Z kolei po obronie rozprawy badacz Bernard Fontaine (były z Instytutu Mechaniki Płynów, gdzie pracowałem w latach 1965–1972, później dyrektor działu Nauk Fizycznych Inżyniera CNRS) powiedział mi telefonicznie: „Skoro Lebrun pracował z tobą, bez sensu jest, by spodziewał się pracy w jakimkolwiek francuskim laboratorium badawczym”.
W międzyczasie silny efekt Halla związany z działaniem generatora przy niskiej gęstości (ciśnienie atmosferyczne: 1 mm rtęci) towarzyszy tworzeniu dużych napięć, które naturalnie są przekazywane do krawędzi napowietrznej pojazdu, tworząc tam osłonę plazmową chroniącą (doświadczenie odpowiadające zdjęciu modelu Ajax w tunelu aerodynamicznym). Efekty cieplne fali uderzeniowej głowy są tym samym zmniejszone. Ale ta fala nie powstaje stale. W rzeczywistości podczas lotu poziomego tego hipersonicznego samolotu szpiegowskiego pojazd uzyskuje przyrost prędkości, który prowadzi go ku wyższym warstwom atmosfery, do wysokości ok. 120 km, gdzie powietrze jest tak rzadkie, że przepływ ciepła staje się zaniedbywalny. Aurora więc leci „odskakując” od niższych warstw (wszystko jest względne: 80 km wysokości), jak kamień, który odbija się „na powierzchni wyższej atmosfery”. Pilotowie zatem przeżywają naprzemienne przyrosty ciężaru i okresy nieważkości podczas trajektorii parabolicznych o okresie kilkudziesięciu sekund (patrz materiał poświęcony Hypersoar na mojej stronie). Są do tego przyzwyczajeni, ale w wersji cywilnej tych pojazdów trzeba by zapewnić pasażerom dramaminę lub ostrożnie wyposażyć ich w odpowiednie torby.
W zasadzie te pomysły mogą być zrozumiałe przez każdego studenta. W praktyce jest to zupełnie inna sprawa. Za tym ukrywają się ogromne problemy, których naturę i rozwiązania znam zarówno ja, jak i moje amerykańskie (i rosyjskie) koleżanki i koledzy. Było to nawet jednym z tematów naszych dyskusji w Brighton, ale nie uznałem za stosowne wspominać o tym w mojej książce. Pozostawię Francuzom zapłacić cenę swojej głupoty, wpadając głową naprzód w te bezdne, których nawet nie podejrzewają istnienia. Nie będziecie mogli liczyć na mnie, bym wskazał rozwiązania, które nie są zapisane w żadnych notatkach i które zastrzegłem do studentów Supaéro podczas mojego seminarium w czerwcu 2003 roku na uczelni.
Powodzenia, przyjaciele. Naucz się z tej sprawy, że z jednej strony, jak powiedział pewien Jezus wyjdź z synagogi w Kafarnamie: „Żaden prorok nie jest ceniony w swoim kraju”. Z drugiej strony naprawdę rewolucyjne pomysły potrzebują dziesięcioleci, by się ugruntować w krajach, gdzie konserwatyzm jest absolutną zasadą (dodając do tego w Francji negatywny wpływ dominacji całej badań w tym zakresie przez ludzi pochodzących z .. Politechniki). Może pamiętasz słowa Poincarégo:
- Jeśli chcesz zniszczyć potencjał wojskowy Niemiec, stwórz tam Akademię Politechniczną (Gilbert Payan pochodzi z tego słynnego „formularza”).
W ciągu kolejnych piętnastu lat odwróciłem się ku astrofizyce i kosmologii. Ale boję się, że nawet tam, przede wszystkim we Francji, mówię trochę za wcześnie. Zobacz „Dziennik uczonych przygód”, w trakcie pisania.
W rzeczywistości moje obecne rozwiązanie, po opuszczeniu tych dziedzin w 2001 roku, to skierowanie się ku egiptoznictwu. Teraz aktywnie pracuję nad publikacją moich prac w tym zakresie (co prawdopodobnie nie będzie łatwe), sądząc, że odkryłem wszystkie tajemnice Immothepa dotyczące sposobu budowy piramid (pokój: to nie jest antygrawitacja).
Ostatnia anegdota: wiesz, komu zawdzięczamy powstanie serii Lanturlu? Hubertowi Curienowi, który wówczas kierował CNES, gdzie Esterle i Zappoli robiły wszystko, co mogły, by rozwinąć pierwszy i mój pomysł MHD (z aprobatą Payana i armii). Poprosiłem go o interwencję, mówiąc:
- Twoi ludzie zdecydowali się na wycofanie się z mojej pomocy, mimo ich całkowitej niekompetencji w tej sprawie. Wtedy bardzo prawdopodobne jest, że popełnią błąd (co natychmiast się stało, jak się okaże). No cóż, jeśli nie interweniujesz, przesunięcie mojej kreatywności i wolnego czasu skieruję ku popularnemu wykładaniu nauki. W załączniku znajdziesz pierwsze manuskrypty albumów, które mogłyby stanowić serię.
Curien (obecnie zmarły) nigdy nie odpowiedział na moją wiadomość.
Ostatnia uwaga.
Z dużym trudem, używając skanera w rozdzielczości 1200 dpi, próbowałem powiększyć rysunek przedstawiony w numerze VSD i mocno zmniejszony przez Thouanele. Przysuwając oczy, udało mi się odczytać tekst, usunąć go i ponownie go złożyć, by stał się czytelny. Oto ten rysunek:
To ma być schemat projektu Ajax. Jeśli krawędź napowietrzna jest rzeczywiście wycięta pod ostrym kątem, co nie jest wyjaśnione, ale widać na obrazach artystycznych, np. na okładce Air et Cosmos (grudzień 2000 roku, jeśli dobrze pamiętam), powinniśmy spodziewać się dwóch fal uderzeniowych, tak jak to pokazano tutaj:
A to właśnie tego chcemy uniknąć. Schemat przedstawia „jonizator”, czyli system jonizujący. Dlaczego tam? Dlaczego nie na krawędzi napowietrznej, gdzie byłoby bardziej rozsądne go umieścić? Znajduje się „generator MHD zewnętrzny”, czyli „powierzchniowy”. Rysunek uzupełnia go wewnętrznym generatorem MHD umieszczonym w wejściu powietrza, oba działające jako hamulce gazu. „Przełączanie MHD” sprawia, że rysownik umieścił na wylocie dyszy akcelerator MHD. Ale wszystko to nie jest szczególnie jasne. Myślę, że ten schemat to dezinformacja, a schemat przyniesiony z konferencji w Brighton jest poprawny, i wyzwaniem mechanika płynów, znawcę fizyki gazów jonizowanych, by udowodnił mi przeciwność. Mechanicy płynów obecni na mojej prezentacji w Supaéro byli mojego zdania.