Início do MHD3
..A linha tracejada deveria representar a região onde o fluido começa a se afastar para dar lugar ao objeto.
...No regime supersônico, essas ondas sonoras já não conseguem "informar o fluido" antes que o objeto esteja sobre ele. O gás então fica "surpreendido" e sua reação é formar ondas de choque. A ideia, portanto, era encontrar um meio de agir à distância, a montante do objeto, para manipular o gás, incentivando-o a ceder espaço.
..Uma primeira solução refere-se à penetração de um perfil de asa em ar a velocidade supersônica. Sabe-se que o impacto desse objeto sobre o ar provoca um freio brusco. Parecia, portanto, lógico facilitar o escoamento gasoso ao longo do perfil, próximo à borda de ataque, ao mesmo tempo em que se iniciava o freio do gás a montante. Isso é possível aplicando um campo magnético perpendicular ao plano da figura e posicionando duas eletrodos pareciais, como indicado. As linhas de corrente elétrica no gás são mostradas. Resulta uma força de Laplace (de Lorentz, para os anglo-saxões), que obedece à "regra dos três dedos".
..A seguir, a configuração geral do campo de forças eletromagnéticas, perpendiculares às linhas de corrente elétrica.
..Dessa forma, ganha-se em três aspectos:
..- Diante do objeto, começa-se a frear o fluido a montante.
..- Inicia-se um movimento de afastamento do fluido.
...- Facilita-se seu escoamento ao longo da parede.
...A força eletromagnética por unidade de volume é J B, onde B é a intensidade do campo magnético, expressa em teslas (um tesla equivale a dez mil gauss), e J é a densidade de corrente elétrica, em ampères por metro quadrado. A força é então expressa em newtons por metro cúbico.
..Uma intensidade de apenas um ampère por centímetro quadrado (dez mil ampères por metro quadrado), combinada com um campo de 10 teslas, resultaria em uma força de dez toneladas por metro cúbico de gás, suficiente para impor ao escoamento os efeitos desejados.
..A força é mais intensa nas proximidades dos eletrodos, onde a corrente se concentra e a densidade de corrente é máxima.
..O problema é evidentemente fazer passar tal corrente elétrica por um meio que, a temperatura ambiente, é um excelente isolante: o ar. Abordaremos esse problema posteriormente.
..Em primeiro lugar, em 1976, optamos por simulações baseadas em experimentos de hidráulica. O fluido era água acidulada (para torná-la mais condutora de eletricidade). Restava dimensionar a experiência. Dispúnhamos de uma instalação de campo magnético que produzia um tesla em alguns centímetros cúbicos. A velocidade do escoamento era de 8 cm por segundo. Com a densidade da água sendo de 1000 kg/m³, é possível calcular o valor mínimo de J tal que o parâmetro de interação:
onde L é uma dimensão característica do modelo.
...A anulação da onda de proa foi obtida na primeira tentativa (1976). Operamos com modelos lentícolas, mas os primeiros testes foram realizados com um modelo cilíndrico, sobre o qual se observava uma onda de proa que simulava uma onda de choque descolada, estabelecendo-se a distância de um obstáculo cilíndrico:
..Sempre com um campo magnético perpendicular ao plano da figura, a anulação da onda de proa foi obtida com dois eletrodos dispostos como indicado na figura. A disposição dos polos do eletroímã também é mostrada. Diâmetro do modelo: 7 mm. Largura dos eletrodos incrustados na parede: 2 mm.
...A figura acima mostra as ondas na ausência de forças eletromagnéticas, e a seguinte, após a anulação da onda frontal.
...As forças de Laplace, decorrentes da passagem da corrente na água acidulada, combinadas com o campo magnético transversal, correspondem à figura a seguir:
..Essas forças são particularmente intensas nas proximidades dos eletrodos, onde a corrente se concentra (densidade de corrente J máxima). A montante, produzem um freio do fluido. No entanto, esse campo de força não é adequado para provocar a anulação total do sistema de ondas. Nos experimentos realizados com um obstáculo cilíndrico munido de apenas uma faixa de eletrodos, essas ondas eram simplesmente concentradas a jusante do modelo. Contudo, como indicado na figura, foi suficiente para criar uma depressão no "ponto de parada", demonstrando que tal sistema poderia ainda ser utilizado para propulsão MHD.
...A supressão de todo o sistema de ondas pode ser assegurada, como pôde ser verificado, sempre por meio dessas simulações hidráulicas, em torno de um modelo lentícola, utilizando agora três pares de eletrodos. De fato, se nos referirmos a uma figura anterior, vemos que a aparência das ondas de Mach resulta do superposição das ondas de Mach em duas regiões, a montante e a jusante.
...Fomos os primeiros (tese de doutorado de Bertrand Lebrun) a introduzir o conceito-chave de regularização de um escoamento supersônico por meio das forças de Laplace, impondo ao redor de um modelo um sistema de ondas de Mach paralelas:
..A segunda família de características, as ondas de Mach, não foi representada.
...São necessárias três ações:
...- Impedir que as ondas de Mach se endiretem nas proximidades da borda de ataque do modelo, acelerando o fluido nessa região.
...- Impedir que se aplainem (no "abanico de expansão") ao longo dos flancos.
..- Finalmente, reacelerar novamente nas proximidades da borda de fuga.
..Dai um sistema de três eletrodos pareciais:
...O campo magnético era perpendicular ao plano da figura, mas, para criar o campo de força adequado, foi necessário (nas simulações realizadas em computador) "esculpir" esse campo, o que seria possível usando vários solenoides conjugados. Nas proximidades dos eletrodos, as forças de Laplace eram dispostas esquematicamente como a seguir:
...A tese de Lebrun (publicada no 7º Colóquio Internacional de MHD em Tsukuba, Japão, e no 8º Colóquio Internacional em Pequim, 1990, bem como na revista The European Journal of Physics) demonstrou a viabilidade teórica da operação. Esse resultado é interessante por mais de um aspecto. De fato, quando aceleramos o fluido, fornecemos energia a ele, enquanto quando o freamos, é ele quem fornece energia. Por quê? Porque o deslocamento do fluido ao longo do modelo à velocidade V implica uma força eletromotriz V × B. Essa força tende a criar uma densidade de corrente J = σ (V × B), onde σ é a condutividade elétrica, que, conjugada ao campo magnético segundo a força de Laplace J × B = σ (V × B) × B
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