Reatores turbohipersônicos MHD Aurora

Anexo 1: MHD

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O segredo do voo hipersônico

Quanto mais rápido um avião voa, mais alto ele precisa subir e voar em cruzeiro. Não é possível voar ao nível do solo a um número de Mach alto, apenas devido às restrições mecânicas causadas pela alta pressão. Acima do Mach 3-3,5, o voo é possível com turborreatores (figura no canto superior esquerdo). Em números de Mach mais altos, essas máquinas rotativas já não podem ser utilizadas. Então, pode-se passar para os estatorreatores (à direita). Até o Mach 6,5, pode-se utilizar reatores supersônicos (abaixo). A borda de ataque é resfriada pela circulação de hidrogênio líquido e oxigênio. A mistura queima em uma câmara de combustão anular a velocidade supersônica.

Acima do Mach 6,5, parece difícil ir mais rápido, devido à temperatura muito alta (causada pela recompressão do ar através de uma forte onda de choque). Há alguns anos, os russos revelaram que tinham um projeto chamado "Ajax", projetado para números de Mach muito altos. Em seguida, encontramos duas imagens tiradas em um túnel de vento hipersônico mostrando testes do Ajax. Percebe-se que o design geral se parece com os desenhos supostamente representando "Aurora" ou o "projeto Aurora". Como pode ser visto, a parte superior desses modelos é plana.

Ajax com estatores

Fraidstadt, o projetista do Ajax, deu uma informação interessante e surpreendente. Essa máquina deveria voar a velocidades hipersônicas com... turborreatores convencionais. Além disso, o voo era possível se o sistema MHD fosse ativado. O Ajax nunca foi concluído, devido à falta de dinheiro na Rússia. Aurora era o "Ajax americano", baseado nos mesmos conceitos. A partir disso, não foi difícil, através de conversas com pesquisadores americanos envolvidos no programa Aurora, descobrir o segredo dessa máquina voadora. O leitor o descobrirá na série de figuras seguinte.

Na primeira figura, encontramos o design geral do "conversor de parede", inventado em vários lugares no final dos anos 60. Eu mesmo experimentei conversores de parede no meu laboratório nos anos 70. Um conjunto de condutores elétricos lineares cria uma geometria de campo magnético bastante peculiar, mostrada à direita, "periódica no espaço". Esse campo é acoplado a um conjunto de eletrodos lineares. Se decidirmos usar esse conversor MHD de parede como acelerador MHD de parede, injetamos energia elétrica. Assim, fica fácil ver que o dispositivo produz um campo de força de Lorentz paralelo à parede (atuando, por exemplo, na camada limite).

Por outro lado, podemos usá-lo como gerador MHD de parede. Nesse caso, a velocidade V, combinada ao campo magnético B, produz um campo elétrico induzido E = V × B. Em altas altitudes, a densidade do ar é bastante baixa e a condutividade elétrica melhor do que no nível do solo. A máquina pode produzir eletricidade. Ao mesmo tempo, a força de Lorentz reduz a velocidade do ar. Sua densidade pode ser aumentada o suficiente para permitir a combustão de uma mistura ar-combustível em um turborreator comum. A entrada normal (2) é fechada. O ar é admitido por uma nova entrada localizada na parte superior do avião (4). Esquematizamos as linhas de Mach. O número de Mach diminui continuamente da sua alta valor para o regime subsônico. Como a energia cinética do gás é parcialmente convertida em eletricidade, sua temperatura permanece suficientemente baixa. A energia elétrica é usada para aumentar a velocidade de ejeção em (5), usando um acelerador MHD de parede. Tudo isso implica o que agora é chamado de "bypass MHD". Note que um turborreator convencional envolve um "bypass mecânico": parte da energia produzida pela combustão do combustível fóssil é transferida para a parte dianteira da máquina, ao compressor.

Este é apenas uma apresentação esquemática da Aurora. Voando a 200.000 pés, seu gerador MHD funciona em condições de alto parâmetro de Hall, de forma que o campo elétrico de Hall transversal é alto e pode ser usado para criar uma descarga elétrica ampla na borda de ataque da máquina. Este colchão de plasma protege as asas contra os efeitos térmicos associados à onda de choque. Este fenômeno tornou-se conhecido agora. Tudo isso implica um grande conhecimento em física de plasmas de duas temperaturas, um campo completamente abandonado na Europa no início dos anos 70. Plasmas de duas temperaturas, combinados a altos valores do parâmetro de Hall, sofrem instabilidade violenta de Velikhov (que causou o fracasso completo dos programas civis em muitos países, interrompidos no início dos anos 70). Isso precisou ser resolvido por soluções originais (estabilização do plasma pelo efeito de confinamento magnético) cuja descrição foge ao escopo deste artigo.

De qualquer forma, a Aurora pode decolar usando seus quatro turborreatores. Em seguida, ela sobe em regime supersônico. Quando atinge uma altitude suficiente, seu sistema MHD é ativado. As entradas de ar inferiores são fechadas e a entrada MHD é aberta. A sustentação é fornecida pela onda de choque que se forma abaixo da máquina, de forma que a Aurora é um "cavaleiro de onda" a 6000 nós. Mas, como explicaram especialistas americanos, quando a máquina voa a 2.000.000 de pés, foguetes convencionais fornecem impulso adicional, de forma que o avião se torna um órbita de baixa altitude (sua alcance se torna... infinito). Torna-se um avião de espionagem perfeito, capaz de tirar boas fotos do solo. Se necessário, a máquina pode girar como o "Surfer de Prata". É um órbita pilotável. Totalmente cercado de plasma, é totalmente invisível.

Não possui escudo térmico. Sua entrada na atmosfera é feita de maneira completamente diferente. A Aurora entra na atmosfera em ângulo baixo e dissipa sua energia cinética usando um conjunto de geradores MHD de parede curto-circuitados, de forma que a energia é dissipada principalmente por processos radiativos. Ela entra na atmosfera como um "planador MHD".

Atualmente, os militares americanos estão tentando esconder esse segredo o quanto puderem. Projetos pseudo-oficiais são mostrados ao público. Diz-se que os Estados Unidos "estão pensando no voo hipersônico". Na realidade, os engenheiros americanos dominam essa tecnologia há 12 anos!

Aplicações civis.

Atualmente, a Aurora é um avião de espionagem órbita. Pode decolar de uma base localizada nos Estados Unidos e dar a volta ao mundo em quatro horas. Sua duração de missão é mais curta que a de uma noite, de forma que é raramente observado e fotografado. Invisível, não é detectado pelos radares. Em cruzeiro sozinho nessa porção do espaço, constitui uma "estação de combate" para sistemas de energia direcionada. Pode atacar tanto satélites quanto alvos localizados no solo.

Visto de outro ângulo, a Aurora é um lançador melhor do que os foguetes convencionais. Se usado para injetar módulos espaciais em órbita, permitiria um custo por quilograma muito menor. Mas os Estados Unidos preferem dedicar essa máquina inteligente a fins militares.

Um bombardeiro hipersônico de longo alcance secreto.

Todo mundo conhece o bombardeiro B2. Vinte e dois estão baseados em Whiteman, Missouri. As autoridades oficiais afirmam que seu custo unitário deveria ser de 2 bilhões de dólares. Quando um especialista analisa atentamente a máquina, ele não entende por que o custo é tão alto. Além disso, supõe-se que ele seja... subsônico. A Força Aérea Americana afirma que esse bombardeiro pode operar a partir dos Estados Unidos a grandes distâncias: 30.000 milhas e voltar imediatamente para a base. Claro, isso implica vários reabastecimentos e um tempo de voo muito longo. Um especialista notará que o bombardeiro B2 tem uma tripulação limitada a dois pilotos. Não há cabine para descansar, ao contrário do velho B-52, projetado para missões longas. Lembre-se de que a tripulação do B-52 poderia ser composta por seis homens. Durante missões muito longas, três cuidavam do avião, enquanto os outros três poderiam descansar na cabine.

Um B2 observado perto da base de Edwards em outubro de 1997. Não é uma foto, mas um desenho feito por um testemunha jornalista especializado em aeronáutica.

Essas luzes na borda de ataque não podem corresponder à condensação de vapor d'água, o deserto do Mojave sendo muito seco. As três manchas elípticas correspondem às lâmpadas fixadas na esteira de pouso. Acreditamos que essas barras brancas correspondem às entradas de ar controladas pelo MHD em baixa altitude, como confirmado posteriormente pelos especialistas da base de Edwards.

A julgar pelo que podemos ver, o famoso B2 não é... o real. Este último tem um design semelhante (veja acima). A forma particular da asa foi projetada para oferecer melhor estabilidade durante o pouso. Um bom especialista em mecânica dos fluidos pode adivinhar por que foi projetada assim. Mas a parte superior é diferente. O "verdadeiro B2" tem asa grossa, pois seus quatro motores (convencionais) estão localizados dentro. Antes de suas entradas de ar, encontramos o gerador de parede MHD, que reduz o ar o suficiente para permitir o voo hipersônico em ar muito rarefeito e em alta altitude (200.000 pés) com... turborreatores convencionais. Velocidade: 6.000 nós.

O "verdadeiro B2" é mais sofisticado que o avião de espionagem Aurora. Não foi projetado para ser satelizado. Deve ser capaz de realizar missões de longo alcance, de forma que foi projetado para cancelar completamente a onda de choque. A superfície do bombardeiro está totalmente coberta por conversores MHD de parede. Algumas partes funcionam como geradores, outras como aceleradores. O conjunto garante o controle completo do fluxo em qualquer ponto. A potência da descarga modifica o valor local da velocidade do som. A geometria das duas descargas de alta tensão, no ponto de estagnação e na extremidade do perfil, modifica o fluxo, a resistência e a largura relativa da asa. Não há cabine, pois não é mais necessária. Como mostra a figura, o bombardeiro hipersônico americano moderno é muito plano, muito invisível.

Ele pode decolar de um aeroporto localizado nos Estados Unidos, voar até Cabul e voltar em uma única noite.

O bombardeiro hipersônico também representa o futuro do transporte civil, capaz de transportar pessoas de Nova York para Tóquio em duas horas.

Os Estados Unidos possuem drones hipersônicos de invisibilidade com entradas de ar semelhantes. Pessoas ingênuas ainda acreditam que eles foram projetados para serem subsônicos.

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