Aniquilação de ondas de choque
Como aniquilar ondas de choque
Uma ideia 100% Jean-Pierre Petit, final dos anos 70
21 nov 2003
Quando eu dei esta palestra na Escola Superior de Aeronáutica de Toulouse, em junho de 2003, expus esta ideia-chave, e fui imediatamente compreendido, por eles e pelos professores de mecânica dos fluidos supersônicos que estavam presentes.
Percebo, antes de retomar a exposição desta ideia, que ela é [presente Suponha que você já tenha lido este arquivo datado de janeiro de 2001 (e cujos participantes da reunião comentada por Szamès não devem conhecer o conteúdo). Por que a entrada de ar "controlada pela MHD", equipada nos aparelhos que se movem a velocidade supersônica, como Aurora (afirmo: operacional desde 1990), está localizada na parte superior?
Primeiro ponto: na parte superior, estas máquinas são planas como a mão. Refira-se à foto mostrando um modelo reduzido do aparelho Ajax, feita em túnel de vento:
Não fui eu que procurei esta foto, foi ... Szamès, no artigo que ele publicou em Air et Cosmo no final de 2000, logo antes do colóquio de Brighton, ao qual ele participou. Detalhe simples: após este colóquio ele me disse:
*- Você foi o único a ter ouvido falar de MHD neste colóquio. Pessoalmente, eu não ouvi este termo ser pronunciado nem por um instante. *
Nosso vendedor de sapatos não sabe que, nos congressos, as discussões mais importantes não ocorrem na sala, mas entre especialistas, longe dos ouvidos indesejados (ou simplesmente incompetentes). Vamos pegar este desenho e mostrar as características e as ondas de choque que se estabelecem ao redor do aparelho (observação simples: o fenômeno luminoso que pode ser visto à esquerda da foto, próximo à borda de ataque em forma de lâmina do aparelho, não corresponde à onda de choque, mas à descarga elétrica que foi aplicada para medir durante esta experiência focada na redução dos efeitos térmicos naquela região).
As ondas de choque se estabelecem na parte inferior do aparelho, não na parte superior que está "no leito do vento". Para que haja onda de choque, é necessário que haja modificação da direção da velocidade. O bisel da borda de ataque de Aurora-Ajax foi projetado para que sua parte superior seja tangente às "linhas de corrente" na direção do fluxo de gás a montante.
Na parte inferior, encontram-se duas ondas de choque, a segunda partindo da borda biselada da entrada de ar (muito semelhante à do "Concorde", que se abre para turbinas convencionais*!
Quando a velocidade do aparelho aumenta, a variação de temperatura varia aproximadamente como o quadrado do número de Mach. Em certo momento, acima de Mach 3, a entrada de ar inferior não pode mais ser utilizada, senão o aquecimento do gás vaporizaria as pás da turbina que constitui o compressor. Em alto número de Mach (dez-doze), esta elevação de temperatura seria tão grande que mesmo uma entrada de ar de estoracelo, refrigerada pela circulação de um combustível armazenado em estado líquido, não poderia resistir. A tese do scramjet (estoracelo com combustão em regime supersônico), defendida pelos Americanos em seus "projetos", é apenas uma bela desinformação na qual os Europeus se lançam de cabeça. O jornalista aeronáutico Bernard Thouanel, totalmente incompetente em matéria de MHD, adere evidentemente (pois ... está na internet).
A entrada de ar inferior, portanto, será fechada e a sobrepresão gerada pela onda de choque fornecerá a sustentação. Estes aparelhos "surfam" em sua onda de choque inferior, são chamados de "wave-riders". O conceito data ... dos anos cinquenta, informe-se, quando se considerava uma "combustão externa", sob o aparelho, atrás da onda de choque (mas que, infelizmente, "aqueceria os pequenos pássaros, se houvesse, claro, a esta altitude).
Abre-se uma entrada de ar na parte superior, cuja geometria evoca a saída de algumas impressoras a laser. Diante dela, uma longa seção equipada com gerador MHD parietal (ver meu livro). Este gerador MHD produz energia elétrica, que será posteriormente reinjetada na parte traseira do aparelho, na seção da veia semi-guiada, em "cul de canard", localizada na parte traseira, para aumentar a impulsão específica do jato de saída. É o sistema do "ponte MHD" (MHD bypass), palavra capturada por Szamès em 2000 (mas cujo significado provavelmente lhe era estranho na época). Havia muitas informações neste artigo escrito por Alexandre Szamès, cuja menção, já em 2000, da importância do efeito Hall (para ele: do hebreu, como para Thouanel também). Devo reconhecer que foi o conteúdo do artigo de Szamès, correspondente a comentários feitos pelo russo Fraistadt, iniciador do projeto Ajax, que motivou minha ida a Brighton e orientou minha pergunta aos especialistas Americanos presentes lá, dos quais Thouanel se apressou em revelar o nome para todos.
Esta produção de energia elétrica é feita à custa da energia cinética do gás, que assim é recomprimido suavemente, e não através de uma onda de choque, que deve ser evitada a todo custo (o que não é possível se se processa na parte inferior do aparelho, outra desinformação implementada pelos Americanos e pelos Russos, em colóquios, e na qual os "especialistas" Franceses caem de cabeça). É aí que se implementa a ideia de Jean-Pierre Petit: evitar o nascimento de uma onda de choque impedindo que as características se cruzem, pois é exatamente seu telescópio que causa o nascimento dessas ondas indesejadas. Cria-se então um clássico "ventilador de expansão", que os estudantes da Supaéro conhecem bem. Aqui está o que aconteceria próximo a esta entrada de ar MHD sem que o "freio-gerador MHD" entrasse em jogo:
Um *convergente, *figura embaixo e à direita, reajusta as características, superfícies de Mach, provoca seu telescópio e a acumulação dessas perturbações de pressão. O gás é reduzido, recomprimido, mas uma onda de choque aparece. O local do telescópio é onde ela se cria.
Um "ventilador de expansão" (figura em cima e à direita) acelera o gás, aumenta o número de Mach. As linhas de Mach se expandem e, portanto, não podem se cruzar, criar uma onda de choque. É mecânica dos fluidos antes da guerra de 39-45. Se o gerador MHD não estiver ligado, o ventilador de expansão da entrada de ar fará penetrar o gás, vindo a velocidade hipersônica, a uma velocidade ainda maior, a um número de Mach ainda maior no compressor: inimaginável (embora estas entradas de ar, recuadas, tenham a propriedade de impedir o retorno das ondas radar nas pás e, portanto, serem "furtivas" (ver o drone USA X-47A cuja foto, mal ajustada pelo modelista, figura na capa do meu livro.
O X-47A visto de frente
Abaixo, o mesmo aparelho, um drone, de perfil:
O X-47A visto de perfil
Pode-se ver claramente como a disposição recuada desta entrada de ar impede as ondas radar que atingem as pás da turbina de retornar (são elas que constituem o maior obstáculo em termos de invisibilidade. Observa-se que este drone é um problema em si. Como esta entrada de ar poderia funcionar em supersônico? Parece a priori impossível. Mas então, se for um drone de combate (é apresentado como tal pelos Americanos, mas sem nenhuma palavra sobre suas performances), seria ele, mesmo muito manobrável (embora sua saída não pareça "vetorial", ou seja, com jato orientável) ..... subsônico? O B2 representa, além do famoso B-52, vetor-chave do Strategic Air Command dos anos cinquenta, o aparelho mais elaborado. No entanto, ele é apresentado como subsônico. É realmente? Estes problemas não são abordados pelos jornalistas aeronáuticos, e Bernard Thouanel é um deles. No entanto, seria a eles que deveriam se fazer estas perguntas.
Mas voltemos ao "decodificação" dos hipersônicos Americanos e ao segredo de sua entrada de ar controlada pela MHD. Na figura central, mostra-se a evolução das superfícies de Mach na entrada de ar, sem intervenção das forças eletromagnéticas J x B ligadas ao funcionamento natural do gerador MHD parietal.
Se combinarmos agora o efeito relacionado à presença do ventilador de expansão e o da redução da velocidade do gás pelas forças de Laplace, poderemos, desde que se jogue com precisão (massas de teses de doutorado para departamentos de física que estão atualmente em queda livre completa, por falta de novas ideias), reajustar com a progressividade desejada estas características, estas superfícies de Mach, impedindo-as de se cruzarem na veia, portanto sem aparecimento de ondas de choque. Quando estas características estão totalmente reajustadas, perpendiculares às linhas do fluxo de fluido, é ganho: você está em subsônico e pode então tranquilamente enviar este gás, recomprimido mas não aquecido, para as pás da turbina convencional do aparelho. É então o mesmo motor que serve para a decolagem, voos supersônicos até Mach 3,5 e voos hipersônicos até Mach 12. Fantástico, não? O que é fantástico é que a energia necessária para reduzir o gás e levá-lo à pressão adequada na entrada do turbo é fornecida ... por ele mesmo! É um conceito que já estava explicitamente presente na tese de Bertrand Lebrun, em 1986, e nas publicações científicas que se seguiram. Mas não estou muito certo de que as pessoas da DGA (exército) ou da ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aéronautiques) tenham totalmente compreendido este conceito (onde se fala timidamente de "redução de arrasto de onda). Ao contrário, após esta defesa de tese, o pesquisador Bernard Fontaine (ex- do Instituto de Mecânica dos Fluidos onde eu trabalhei de 1965 a 1972, tornou-se posteriormente diretor do departamento de Ciências Físicas dos Engenheiros no CNRS) me especificou por telefone "que como Lebrun trabalhou comigo era inútil que ele esperasse encontrar um posto em qualquer laboratório de pesquisa francês".
Ao passo, o forte regime de efeito Hall ligado ao funcionamento do gerador em baixa densidade (pressão ambiente: um milímetro de mercúrio) acompanha a criação de altas tensões que, naturalmente enviadas à borda de ataque do aparelho, criam um colchão de plasma protetor (a experiência correspondente à foto da maquete de Ajax em túnel de vento). Os efeitos térmicos da onda de choque de cabeça são assim reduzidos. Mas esta onda de choque não se estabelece permanentemente. Na verdade, durante a cruzeiro deste avião-espionagem hipersônico, ele adquire velocidade que o faz saltar para as camadas altas da atmosfera, até 120 km de altitude, onde o ar é tão rarefeito que o fluxo de calor se torna desprezível. Aurora voa assim saltitando nas camadas baixas (tudo é relativo: 80 km de altitude) voando como uma pedra que saltaria "na superfície da alta atmosfera". Os pilotos, portanto, passam por alternâncias de aumento de seu peso e momentos de ausência de peso, durante trajetórias parabólicas com período de algumas dezenas de segundos (ver o arquivo dedicado a o Hypersoar, no meu site). Eles estão acostumados, mas na versão civil destes aparelhos seria necessário que os passageiros tomem dramamine ou sejam cuidadosamente equipados com sacos práticos.
No princípio, estas ideias podem ser compreendidas por qualquer estudante. Na prática, é outra história. Aí se escondem problemas formidáveis, cuja natureza e soluções conheço, assim como meus homólogos Americanos (e Russos). Foi mesmo um dos temas de discussão em Brighton, mas eu não achei conveniente mencioná-los em meu livro. Deixarei os Franceses pagar o preço de sua estupidez ao se jogarem de cabeça nestes pântanos dos quais nem suspeitam a existência. Não se espere que eu indique as soluções, que não estão em nenhuma nota escrita e cuja menção reservei aos estudantes da Supaéro durante meu seminário de junho de 2003 na escola.
Boa sorte, amigos. A lição do caso é que, por um lado, como dizia um certo Jesus ao sair da sinagoga de Cafarnaum "ninguém é profeta em sua terra". Por outro lado, ideias realmente revolucionárias levam décadas para se impor em países onde o conservadorismo é a regra absoluta (acrescentando, na França, o impacto agravante da dominação de toda a pesquisa no setor por pessoas provenientes de ... a École Polytechnique). Você se lembra da frase de Poincaré:
*- Se você quiser destruir o potencial militar da Alemanha, crie lá uma École Polytechnique (Gilbert Payan é proveniente deste famoso "molde"). *
Durante os quinze anos seguintes, me dediquei à astrofísica e à cosmologia. Mas tenho medo de que, novamente, na França, eu esteja falando um pouco cedo. Veja "Diário de um Savanturier", em andamento.
Minha solução atual, após abandonar estes campos em 2001, foi me voltar para a egiptologia. Estou me esforçando para publicar meus trabalhos nesse campo (o que provavelmente não será fácil), tendo, acredito, descoberto todos os segredos de Imhotep sobre o modo de construção das pirâmides (não se preocupem: não é antigravitação).
Última anedota: vocês sabem a quem devemos a criação da série Lanturlu? A Hubert Curien, que dirigia então o Cnes onde Esterle e Zappoli faziam o seu melhor para tentar desenvolver uma primeira e minha ideia de MHD (com a bênção de Payan e do exército). Eu lhe pedi que intervisse dizendo:
*- Seus rapazes preferiram se passar sem meus serviços, apesar de sua total incompetência no assunto. Então, é muito provável que eles falhem (o que imediatamente aconteceu, como será mostrado). Bem, se você não intervir, eu redirecionarei minha criatividade e este tempo livre para a divulgação científica. Você encontrará anexos os primeiros manuscritos dos álbuns que podem constituir uma série. *
Curien (hoje falecido) nunca respondeu à minha carta.
**Uma última observação. **
Com muita dificuldade, usando meu scanner a 1200 dpi, tentei aumentar a figura reproduzida no número da VSD e fortemente reduzida por Thouanel. Com os olhos arregalados, consegui ler os textos, apagá-los e recompô-los para que se tornassem legíveis. Aqui está, portanto, esta figura:
É suposto ser o esquema do projeto Ajax. Se a borda de ataque está realmente biselada, o que não é especificado, mas aparece nas imagens de artistas, por exemplo, na capa de Air et Cosmos (de dezembro de 2000, se eu me lembro bem), espera-se ver surgir duas ondas de choque, assim:
Mas é exatamente isso que se quer evitar. O esquema mostra um "ionizador", ou seja, um sistema ionizador. Por que lá? Por que não na borda de ataque, onde seria mais apropriado colocá-lo? Encontra-se um "gerador MHD externo", ou seja, "parietal". O desenho o completa com um gerador MHD interno, localizado na entrada de ar, os dois funcionando como redutores de gás. O "ponte MHD" faz com que, na saída da tubulação, o desenhista tenha colocado um acelerador MHD. Mas tudo isso não é muito claro. Acredito que este esquema corresponde a uma desinformação e que o esquema trazido do colóquio de Brighton é o correto e desafio um mecânico dos fluidos, especialista em física dos gases ionizados, a me provar o contrário. Os mecânicos dos fluidos presentes durante minha palestra na Supaéro estavam de meu lado.