Anihilarea undelor de șoc
Cum să anihilezi unde de șoc
O idee 100% Jean-Pierre Petit, din sfârșitul anilor 70
21 noiembrie 2003
Când am susținut această prezentare la Școala Superioară de Aeronautică din Toulouse, în iunie 2003, am prezentat această idee esențială, și am fost imediat înțeles, de ei și de profesorii de mecanică a fluidelor supersonică care se aflau prezenți.
Mă conștientizez, înainte de a relua expunerea acestei idei, că aceasta este [prezentă]. Presupunem că ați parcurs deja acest dosar din ianuarie 2001 (și că participanții la întâlnirea comentată de Szamès nu cunosc conținutul). De ce este plasată intrarea de aer „controlată de MHD”, echipată pe aparatele care se deplasează la viteză supersonică, cum ar fi Aurora (îmi declar: operabilă din 1990), pe partea de sus?
Primul punct: pe partea de sus, aceste mașini sunt plate ca o mână. Referiți-vă la fotografia care arată un model redus al aparatului Ajax, făcută în șanțul de vânt:
Nu eu am căutat această imagine, ci ... Szamès, în articolul său publicat în Air et Cosmo la finele anului 2000, chiar înainte de congresul de la Brighton, la care a participat. Detaliu simplu: după acel congres mi-a spus:
*- Ai fost singurul care a vorbit despre MHD la acel congres. Personal, nu am auzit nici măcar o dată acest cuvânt pronunțat. *
Comerciantul nostru de încălțăminte nu știe că, în conferințe, discuțiile cele mai importante nu se desfășoară în sală, ci între specialiști, departe de urechile curioase (sau pur și simplu incompete). Să luăm acest desen și să reprezentăm caracteristicile și undele de șoc care se stabilesc în jurul aparatului (observație simplă: fenomenul luminos pe care îl puteți vedea în partea stângă a fotografiei, lângă marginea de atac în formă de lamă a aparatului, nu corespunde undei de șoc, ci descărcării electrice care au fost aplicate pentru a măsura efectele termice în această zonă).
Undele de șoc se stabilesc în partea inferioară a aparatului, nu pe partea de sus, care este „în albia vântului”. Pentru a exista o undă de șoc, trebuie să existe modificarea direcției vitezei. Bifa de la marginea de atac a Aurora-Ajax este concepută astfel încât partea superioară să fie tangentă la „liniile de curent” în direcția fluxului gazos amonte.
În partea inferioară se găsesc două unde de șoc, a doua pornind de la marginea înclinată a intrării de aer (foarte asemănătoare cu cea a „Concorzului”, care duce la turboreactoare* convenționale*!
Când viteza mașinii crește, saltul de temperatură variază în general ca pătratul numărului Mach. La un anumit moment, peste Mach 3, intrarea de aer inferioară nu mai poate fi folosită, altfel încălzirea gazului ar evapora aripi turbinei care constituie compresorul. La un număr Mach mare (zece-doi), această creștere de temperatură ar fi atât de mare, încât chiar o intrare de aer de statoract, răcită prin circulația unui combustibil stocat în stare lichidă, nu ar putea rezista. Teza scramjetului (statoract cu combustie în regim supersonic), promovată de americani în „proiectele” lor, este doar o minciună frumoasă în care europenii se aruncă cu capul în jos. Jurnalistul aeronautic Bernard Thouanel, complet incompent în ceea ce privește MHD, o susține evident (deși ... este în internet).
Prin urmare, intrarea de aer inferioară va fi închisă și suprapresiunea generată de unda de șoc va oferi portanța. Aceste mașini „alunecă” pe unda de șoc inferioară, fiind denumite „wave-riders”. Conceptul datează ... din anii 50, informați-vă, când se prevedea o „combustie externă”, sub aparat, după unda de șoc (dar care, din păcate, „încălzea păsările mici, dacă erau într-adevăr la acea altitudine).
Se deschide o intrare de aer pe partea superioară, a cărei geometrie evocă ieșirea unor imprimante laser. În fața ei, o secțiune lungă echipată cu un generator MHD periferic (vezi cartea mea). Acest generator MHD produce energie electrică, care va fi mai târziu reînjectată în spatele aparatului, în secțiunea de venă semi-închisă, în „cul-de-sac”, situată în spate, pentru a crește impulsul specific al jetului de ieșire. Este sistemul „pontajului MHD” (MHD bypass), cuvânt captat de Szamès în 2000 (dar a cărui semnificație i-a fost probabil străină în acea vreme). În acel articol compus de Alexandre Szamès se găseau mase de informații, inclusiv mențiunea, deja din 2000, a importanței efectului Hall (pentru el: de la ebraică, la fel ca și pentru Thouanel). Trebuie să recunosc că conținutul articolului lui Szamès, care corespunde unor discursuri ținute de rusul Fraistadt, inițiatorul proiectului Ajax, a motivat venirea mea la Brighton și a orientat întrebările mele către specialiștii americani prezenți acolo, pe care Thouanel s-a grăbit să le dezvăluie numele tuturor.
Această producție de energie electrică se face în detrimentul energiei cinetice a gazului, care astfel este recomprimat în mod blând, nu prin intermediul unei unde de șoc, pe care trebuie să o evităm cu orice preț (ceea ce nu este posibil dacă se acționează pe partea inferioară a aparatului, o altă minciună pusă în scenă de americani și ruși, în conferințe, în care „specialiștii” francezi cad cu capul în jos). Aici se pune în aplicare ideea lui Jean-Pierre Petit: să evităm nașterea unei unde de șoc, împiedicând caracteristicile să se încrucișeze, deoarece este tocmai suprapunerea lor care determină nașterea acestor unde nedorite. Astfel se creează un clasic „șir de deschidere”, pe care studenții de la Supaéro îl cunosc bine. Iată ce s-ar întâmpla lângă această intrare de aer MHD fără a intra în joc „războinicul-generatoare MHD”:
Un convergent, figurat în partea de jos și dreapta, dresează caracteristicile, suprafețele Mach, provoacă suprapunerea lor și acumularea acestor perturbații de presiune. Gazul este încetinit, recomprimat, dar apare o undă de șoc. Locul suprapunerii este acela în care se creează aceasta.
Un „șir de deschidere” (figurat în partea de sus și dreapta) accelerează gazul, crește numărul Mach. Liniile Mach se desfășoară și nu pot deci să se încrucișeze, să creeze o undă de șoc. Este mecanică a fluidelor dinainte de războiul 1939-45. Dacă generatorul MHD nu este conectat, șirul de deschidere al intrării de aer va face ca gazul, venind la viteză hipersonică, să intre la o viteză și un număr Mach mai mari în zona compresorului: inacceptabil (deși aceste intrări de aer, retrase, au proprietatea de a împiedica întoarcerea undelor radar pe aripi și sunt deci „invizibile” (vezi dronă USA X-47A, a cărei imagine, greșit editată de modelist, apare pe coperta cărții mele.
X-47A văzut din față
Mai jos, același aparat, un dron, din profil:
X-47A văzut din profil
Se vede foarte bine modul în care dispunerea intrării de aer retrase împiedică undele radar care lovesc aripi turbinei să se întoarcă (acestea reprezintă cel mai mare obstacol în ceea ce privește invizibilitatea. Se va observa că acest dron este un problemă în sine. Cum ar putea o astfel de intrare de aer să funcționeze în regim supersonic? Pare a fi imposibil a priori. Dar atunci, dacă este un dron de luptă (prezentat ca atare de americani, dar fără nici o precizie privind performanțele sale), ar fi, chiar dacă este foarte manevrabil (deși șaibele sale nu par „vectorizate”, adică cu jet orientabil) ... subsonic? B2 reprezintă, în afara celebrului B-52, vehiculul cheie al Commandamentului Aerian Strategic din anii 50, aparatul cel mai elaborat. Totuși, este prezentat ca fiind subsonic. Este și el subsonic? Aceste probleme nu sunt abordate deloc de jurnaliștii aeronautici, iar Bernard Thouanel este unul dintre ei. Totuși, ar trebui să-și pună aceste întrebări.
Dar revenim la „dezlegarea” hipersonicilor americani și la secretul intrării de aer controlate de MHD. Pe figura centrală se arată evoluția suprafețelor Mach în intrarea de aer, fără intervenția forțelor electromagnetice J x B legate de funcționarea naturală a generatorului MHD periferic.
Dacă combinăm acum efectul legat de prezența șirului de deschidere și cel al încetinirii gazului prin forțele Laplace, vom putea, condiționat prin joc fin (mase de teze de doctorat pentru departamente de fizică care în această perioadă sunt într-o cădere completă, din cauza lipsei de idei noi), să dresem cu progresivitate dorită aceste caracteristici, aceste suprafețe Mach, împiedicându-le să se încrucișeze în venă, deci fără apariția undelor de șoc. Când aceste caracteristici sunt complet drese, perpendiculare pe liniile de curgere a fluidului, este câștigat: sunteți în regim subsonic și puteți trimite cu blândețe acest gaz, recomprimat dar nu încălzit, către aripi ale turboreactoarelor convenționale ale aparatului. Astfel același motor servește la decolare, zbor supersonic până la Mach 3,5 și zbor hipersonic la Mach 12. Genial, nu? Ceea ce este fantastic este faptul că energia necesară pentru încetinirea gazului și aducerea lui la presiunea potrivită la intrarea în turbo este oferită... de acesta! Este un concept care era deja explicit prezent în teza lui Bertrand Lebrun, în 1986, și în publicațiile științifice care au urmat. Dar nu sunt sigur că oamenii de la DGA (armata) sau de la ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aéronautiques) au înțeles complet acest concept (unde se vorbește timid de „reducerea tracțiunii de undă). În schimb, după această apărare de teză, cercetătorul Bernard Fontaine (ex-angajat al Institutului de Mecanica Fluidelor unde am lucrat între 1965 și 1972, devenit ulterior director al Departamentului Științe Fizice ale Inginerului la CNRS) mi-a spus prin telefon „că deoarece Lebrun a lucrat cu mine, era inutil să încerce să găsească un post într-un laborator de cercetare francez”.
În trecere, regimul puternic al efectului Hall legat de funcționarea generatorului la densitate scăzută (presiune ambientală: un milimetru de mercur) este însoțit de crearea unor tensiuni mari care, trimise natural la marginea de atac a aparatului, creează un perete de plasmă protector (experiența corespunzătoare imaginii modelului Ajax din șanțul de vânt). Astfel se reduc efectele termice ale undei de șoc de față. Dar aceasta nu se stabilește în mod constant. Într-adevăr, în timpul zborului acestui avion-espion hipersonic, acesta câștigă viteză, făcându-l să sară spre straturile superioare ale atmosferei, la 120 km altitudine, unde aerul este atât de rar încât fluxul de căldură devine neglijabil. Aurora zboară astfel sărind pe straturile inferioare (totul este relativ: 80 km altitudine) zburând ca o piatră care sări „pe suprafața atmosferei superioare”. Astfel, piloții trec prin alternanțe de creștere a greutății și momente de inerție, în timpul traiectoriilor parabolice cu o perioadă de câteva zeci de secunde (vezi dosarul dedicat Hypersoar, pe site-ul meu). Ei sunt obișnuiți, dar în versiunea civilă a acestor aparate ar trebui să facă ca pasagerii să ia dramamină sau să fie echipați cu saci practici.
În principiu, aceste idei pot fi înțelese de orice student. În practică este altă poveste. Sub acestea se ascund probleme formidabile, pe care le cunosc atât eu, cât și colegii mei americani (și ruși). A fost chiar unul dintre subiectele noastre de discuție la Brighton, dar nu am considerat oportun să le menționez în cartea mea. Voi lăsa francezii să plătească prețul nebuniei lor, aruncându-se cu capul în jos în aceste nisipuri mobile, de care nici măcar nu suspectează existența. Nu vă așteptați la mine să indicați soluțiile, care nu apar pe nici o notă scrisă și pe care le-am rezervat studenților de la Supaéro în timpul seminarului meu din iunie 2003 la Școală.
Succes, prieteni. Leția din această poveste este că, pe de o parte, cum spunea un anumit Iisus, ieșind din sinagoga din Cafarnaum: „nimeni nu este profet în țara lui”. Pe de altă parte, idei cu adevărat revoluționare își iau timpul să se impună în țări unde conservatorismul este regula absolută (adăugând, în Franța, impactul agravant al controlului tuturor cercetărilor din domeniu de oameni veniți din ... Școala Politehnică). Vă amintiți poate de fraza lui Poincaré:
*- Dacă dorești să distrugi potențialul militar al Germaniei, creează-o o Școală Politehnică (Gilbert Payan provine din acest „mold” celebru). *
M-am îndreptat în următoarele cincisprezece ani spre astrofizică și cosmologie. Dar am teama că acolo, în special în Franța, vorbesc cu un pic prea mult înainte. Vedeți "Jurnalul unui savanturier", în curs de redactare.
În fine, soluția mea actuală, după abandonarea acestor domenii în 2001, a fost să mă îndrept spre egiptologie. Mă activez în prezent pentru a publica lucrările mele în acest domeniu (ceea ce probabil nu va fi ușor), având, cred, descoperit toate secretele lui Immothep privind modul de construcție al piramidelor (nu vă îngrijorați: nu este vorba de antigravitație).
Ultima anecdotă: știți la cine datorăm nașterea seriei Lanturlu? Hubert Curien, care conducea atunci CNES unde Esterle și Zappoli făceau tot posibilul pentru a dezvolta o primă și mea idee de MHD (cu aprobarea lui Payan și a armatei). I-am cerut să intervină spunând:
*- Echipa ta a preferat să-și facă fără serviciile mele, în ciuda totală lor incompotență în această problemă. Atunci, este foarte probabil că vor eșua (ceea ce s-a întâmplat imediat, cum va fi arătat). În fine, dacă nu interveni, voi adresa creativitatea și timpul liber către popularizarea științei. Aici găsiți primele manuscrise ale albumelor care pot constitui o serie. *
Curien (decedat acum) nu mi-a răspuns niciodată.
**O ultimă observație. **
Cu multă dificultate, folosind scannerul meu la 1200 dpi, am încercat să mărească figura reproducă în numărul VSD și foarte redusă de Thouanel. Cu ochii deschiși, am reușit să citesc textul, să-l șterg și să-l recompun pentru a deveni vizibil. Iată deci această figură:
Este prezentat ca fiind schema proiectului Ajax. Dacă marginea de atac este înclinată, ceea ce nu este specificat, dar apare pe imagini de artiști, de exemplu, pe coperta Air și Cosmos (din decembrie 2000, dacă-mi amintesc bine), ne așteptăm să vedem două unde de șoc, așa cum arată:
Dar tocmai acest lucru vrem să-l evităm. Schema arată un „ionizator”, adică un sistem de ionizare. De ce acolo? De ce nu la marginea de atac, unde ar fi mai logic să fie plasat? Se găsește un „generator MHD extern”, adică „periferic”. Desenul este completat cu un generator MHD intern, situat în intrarea de aer, amândouă funcționând ca încetinitori de gaz. „Pontajul MHD” face ca, la ieșirea din șaibă, desenatorul să plaseze un accelerator MHD. Dar totul nu este deloc clar. Cred că această schemă corespunde unei minciuni și că schema adusă de la congresul de la Brighton este corectă și îl provoacă pe un mecanic al fluidelor, cunoscut în fizica gazelor ionizate, să mă dovedească contrariul. Mecanicii ai fluidelor prezenți la prezentarea mea la Supaéro au fost de acord cu mine.