Na 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 experimento. Retira-se rapidamente a parede 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 a água incolor em movimento. Mas o fronte de onda se move mais rápido que a própria água.
A jusante, inicia-se uma onda de expansão, mas mais suave. Isso não é uma onda de choque.
Pouco tempo depois, a situação é a seguinte:
A onda de rarefação atinge o fundo do "tanque". A distância entre a água clara "empurrada", colocada em movimento, e a interface aumentou. Assim, dispomos de uma rajada aproveitável, em que a água limpa foi colocada em movimento e, portanto, sua altura aumentou (analogia hidráulica da pressão em um gás). Assim, poderemos "trabalhar" sobre essa rajada. Posteriormente, a onda de rarefação reflete-se no fundo do tanque e rapidamente tende a alcançar novamente o conjunto interface-fronte de onda.
Vê-se que, se tivéssemos colocado uma "janela de observação" na parede, 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 parede divisória da comporta, acionada manualmente, será um diafragma de cobre que se abrirá quando a pressão atingida (utilizando-se uma câmara de combustão) for suficiente. O canal de ensaio torna-se um tubo de ensaio, de seção constante, inicialmente cheio de argônio a baixa pressão (13 mm de mercúrio). Quanto ao tanque de expansão, é simplesmente um reservatório de vácuo, de forma qualquer. A parede de papel será substituída por uma membrana de micalina, que cederá quando a onda de choque a atingir. A seguir, a aparência esquemática 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 base, 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 produzem vácuo abaixo de 10-2 mm de mercúrio (10-2 torr), bem como por válvulas herméticas ao vácuo. Acrescentar um conjunto de botijões fornecendo hidrogênio, oxigênio, hélio e, é claro, 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 na forma de um cilindro de gás comprimido (1 bar) e quente (10.000 °K), com cerca de vinte centímetros de comprimento. Imediatamente após vem os "gases queimados", ou seja, uma mistura de vapor d'água e hélio.
Aqui termina 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 "bocais MHD" podem ser feitos em plexiglass (com partes coladas) ou em plástico laminado (maior resistência), sendo equipados com uma janela óptica de boa qualidade. Embora a temperatura do argônio seja elevada, ela não danifica as peças do bocal, dada a brevidade da rajada (oitenta milionésimos de segundo).
Para criar um campo magnético transversal, utilizaremos dois solenoides, dispostos como a seguir:
Na figura seguinte, um dos solenoides foi removido para mostrar a disposição do modelo (perfil de asa lenticular):
O volume do bocal 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), sendo necessário fazer passar por seus enrolamentos uma corrente intensa (50.000 ampères). Uma corrente desse valor tende a fazer explodir os solenoides, não devido ao efeito Joule, mas simplesmente devido às forças J x B atuantes nos próprios enrolamentos. Será necessário dotar os enrolamentos de cobre vermelho de um tipo de "espartilho", por exemplo, em fibra de vidro imersa em araldite.
Como a experiência propriamente dita (a interação MHD) é 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 todo o sistema 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.
Os capacitores eram carregados a 5 kV. Uma bateria de capacitores mais modesta serve então para alimentar as eletrodos do modelo 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 uma intensidade 25 vezes maior). O ignitron é bem conhecido pelos especialistas em eletricidade de potência.