Início do MHD5
...Em analogia hidráulica, a propagação de uma onda de choque reta será equivalente à de uma "onda rompente". Como vamos criá-la? Basta colocar uma pequena altura de água na parte B e uma altura maior de água na parte A. No tanque de expansão: nada, absolutamente nenhuma água. Em corte:
...Tudo está pronto para o ensaio. Retira-se rapidamente a divisória da comporta. A massa de água colorida (por exemplo com fluoresceína) irromperá no canal, a jusante. Obteremos o seguinte:
...O que observamos? O início de uma onda rompente, de um fronte de onda líquido, que põe em movimento a água incolor. Mas o fronte de onda se move mais rápido que a própria água.
...A jusante, inicia-se uma onda de expansão, mas mais "suave". Não é uma onda de choque.
...Pouco tempo depois, a situação é a seguinte:
...A onda de rarefação atinge o fundo da "câmara". A distância entre a água clara "empurrada", colocada em movimento, e a interface aumentou. Assim, dispomos de uma rajada aproveitável, onde a água limpa foi colocada em movimento e, portanto, a altura aumentou (analogia hidráulica da pressão em um gás). Podemos, portanto, "trabalhar" sobre essa rajada. Posteriormente, a onda de rarefação reflete-se no fundo da câmara e rapidamente tende a alcançar o conjunto interface-fronte de onda.
...Vê-se que, se tivéssemos colocado na parede uma "janela de observação", teríamos visto passar, durante o "tempo da rajada", essa massa de água pura em movimento. O conjunto pode ser lido em um "diagrama x, t":
...Temos aqui a imagem analogicamente fiel do funcionamento de um "tubo de choque". Basta substituir a comporta por uma "câmara de alta pressão". A divisória da comporta, acionada manualmente, será uma chapa de cobre que se abrirá quando a pressão atingida (usando uma câmara de combustão) for suficiente. O canal de ensaio torna-se um tubo de ensaio, de seção constante, inicialmente preenchido com argônio a baixa pressão (13 mm de mercúrio). Quanto ao tanque de expansão, é simplesmente um reservatório de vácuo, de forma qualquer. A divisória de papel será substituída por uma membrana de micalina, que cederá quando a onda de choque a atingir. A seguir, o aspecto esquemático da instalação:
...Comprimento da câmara de alta pressão: um metro e quarenta. Diâmetro (igual ao da veia de ensaio): 5,6 cm. Comprimento da veia de ensaio: seis metros. Na parte inferior, a membrana de cobre vermelho, fragilizada por ranhuras, e a forma como se abre formando quatro pétalas, permitindo livre passagem ao gás queimado. A câmara de alta pressão é preenchida com uma mistura de H2 + 1/2 O2 mais hélio como diluente. O tanque de expansão é simplesmente um recipiente resistente o suficiente para se poder criar vácuo. A instalação é completada por diferentes bombas de vácuo, tipo palhetas, facilmente encontradas usadas e que atingem vácuos abaixo de 10-2 mm de mercúrio (10-2 torr), bem como por válvulas herméticas ao vácuo. Acrescentar uma bateria de botijões fornecendo hidrogênio, oxigênio, hélio e, evidentemente, argônio.
...A mistura gasosa combustível é acionada por um sistema de velas conectadas a uma fonte de alta tensão. Este sistema, sendo gerador de interferências eletromagnéticas, faz com que toda a câmara de alta pressão seja colocada dentro de uma gaiola de Faraday (montantes de madeira e grade de cobre, malha de 1 mm). Rustica, mas eficaz. Os seis metros de argônio a baixa pressão transformam-se imediatamente em um cilindro de gás comprimido (1 bar) e quente (10.000 K), com cerca de vinte centímetros de comprimento. Este é imediatamente seguido pelos "gases queimados", ou seja, uma mistura de vapor d'água e hélio.
...Isso conclui a parte "túnel de vento" de rajada quente.
...Na veia onde serão realizadas as medições e a experiência propriamente dita (MHD), a seção é quadrada (5 cm por 5 cm). É necessário, portanto, interpor uma peça, delicada de usinar, que permita passar de uma seção circular para uma seção quadrada:
...As "toberas MHD" podem ser feitas de plexiglass (com partes coladas) ou de plástico laminado (maior resistência), sendo equipadas com uma janela óptica de boa qualidade. Embora a temperatura do argônio seja elevada, ela não danifica as peças da tobera, dada a brevidade da rajada (oitenta milionésimos de segundo).
...Para criar um campo magnético transversal, usaremos dois solenoides, dispostos conforme indicado a seguir:
...Na figura seguinte, retirou-se um dos solenoides para mostrar a disposição da maquete (perfil de asa lenticular):
...O volume da tobera MHD, considerando o espaço ocupado, é da ordem de um litro, e o campo magnético a ser criado deve atingir 20.000 gauss (2 teslas), portanto é necessário fazer passar um forte corrente (50.000 ampères) nos enrolamentos dos solenoides. Uma corrente desse valor tende a fazer explodir esses solenoides, não devido ao efeito Joule, mas simplesmente pelas forças J x B atuando nos próprios enrolamentos. Será necessário dotar os enrolamentos de cobre vermelho de uma espécie de "espartilho", por exemplo, com fibra de vidro imersa em araldite.
...A experiência propriamente dita (a interação MHD), sendo de curta duração, uma solução econômica para gerar tais correntes consiste em usar uma bateria de capacitores que são descarregados na bobina (descarga oscilante). Basta sincronizar o conjunto de forma que a experiência (no momento da passagem da rajada de argônio quente) ocorra em um momento em que o campo B é quase estacionário (período da descarga: 5 milissegundos).
...Figura seguinte: o túnel de vento de onda de choque equipado para experiências MHD, tal como se apresentava no meu laboratório nos anos sessenta e cinco.
...Os capacitores eram carregados a 5 kV. Uma bateria de capacitores mais modesta serve então para alimentar as eletrodos da maquete de ensaio.
...Problema: como comutar 50.000 ampères. Resposta: usando um velho ignitron de locomotiva elétrica (projetado para comutar 2.000 ampères, mas suficientemente robusto para resistir a centenas de ensaios com intensidade 25 vezes maior). O ignitron é bem conhecido pelos especialistas em eletricidade de potência.
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