Приложение 1: МГД
- страница 1 -
1 - Общие сведения о концепции отмены ударных волн
Это было введено в начале 70-х годов. Затем американское правительство поняло, что МГД может сыграть важную роль в будущих военных проектах. Одновременно американские ученые поняли, что МГД связано с гиперзвуковым полетом. Они решили обмануть общественность. Официально, в США, МГД была отменена. Гражданская МГД была отменена. Большие промышленные проекты были отменены. Но, параллельно, началась интенсивная работа, в полной тайне, над военной МГД. Это было обнаружено совсем недавно (2001). Читатель свободен верить или не верить в эту информацию. Мы были информированы о том, что происходило в США с 1970 года до настоящего времени американскими учеными высшего уровня, участвовавшими в секретных черных программах, сосредоточенных в зоне 51. Единственным аргументом в этом вопросе является научная основа. Даже сегодня люди по-прежнему не знают многих очень важных характеристик, касающихся МГД, применяемой к сверхзвуковым газовым потокам, что позволило США сделать фантастический и фундаментальный прорыв в середине 70-х годов. Через тридцать лет после того, как США овладели миром благодаря передовым технологиям во многих (военных) областях, включая длительный гиперзвуковой полет, до Маха 12.
Я не знаю, кто будет читать это приложение, требующее продвинутых знаний в области сверхзвуковой гидромеханики, теории характеристик и МГД. В 1967 году был опубликован очень хороший учебник под названием «Инженерная магнитогидродинамика»; Саттон и Шерман, Мак Грав Хилл Букс Компани.
Теперь давайте представим некоторые основные понятия.
В сверхзвуковом потоке мы можем рассмотреть «линии Маха»:
Линии Маха (или поверхности Маха) в сверхзвуковом потоке
Угол этих линий Маха зависит от локального значения скорости.
Влияние увеличения скорости на угол Маха
Если мы рассмотрим сверхзвуковой поток, линии Маха, или «характеристические линии», являются реальными. Они картографируют поток. Затем, 2D сверхзвуковая испытательная струя (сверхзвуковая аэродинамическая труба).
В сужающейся секции жидкость находится в субзвуковом режиме. С математической точки зрения, характеристические линии (поверхности Маха) являются мнимыми. Скорость звука достигается в горловине сопла. Затем поверхности Маха становятся реальными. Мы можем их визуализировать:
Эволюция поверхностей Маха, или линий Маха, в сверхзвуковой струе.
В сопле скорость непрерывно растет. Одновременно угол Маха уменьшается (он равен 90° в сечении горловины). Это соответствует «естественному изменению» системы поверхностей Маха, вызванному расширением сверхзвукового потока.
Теперь рассмотрим двумерный сверхзвуковой поток вокруг плоского крыла. Мы можем рассчитать теоретическую систему линий Маха по теории характеристик:
Теоретические характеристические линии вокруг плоского крыла, погруженного в сверхзвуковой газовый поток.
Это не физично. Это «чисто математически» (решение «характеристической системы»). Это показывает, как поверхностные характеристики сталкиваются, накапливаются в определенных местах. Это элементарные поверхности изменения давления. В середине потока мы видим классический расширительный фан, где давление уменьшается, а газ ускоряется. Но в других регионах мы видим, как поверхности Маха накапливаются и стремятся создать прикрепленные ударные волны. Следующая фигура соответствует действительно физическому решению с последующими прикрепленными плоскими ударными волнами:
Физические условия с прикрепленными плоскими ударными волнами.
Затем: эти прикрепленные плоские ударные волны.
Затем: эти плоские волны, плюс линии тока.
Если передняя кромка острая, передние волны прикреплены. Посмотрите на деталь:
Прикрепленная передняя ударная волна рядом с передней кромкой плоского крыла.
Если передняя кромка закруглена, ситуация немного другая. Ударная волна похожа на волну.
Ударная волна на закругленной передней кромке.
С точки зрения классической, эти ударные волны нельзя избежать. Они соответствуют скачкам давления и температуры. Когда число Маха становится больше 3, материалы не выдерживают тепловой поток и испаряются. В «скрамджетах» охлаждают переднюю кромку жидким водородом и кислородом, что позволяет достичь короткодлительных полетов на Махе 5-6. Но гиперзвуковой полет (Мах 12) считается невозможным, на технологических основаниях. В 1947 году явление НЛО подняло странный вопрос: возможно ли достичь таких высоких чисел Маха? В Розуэлле американцы подобрали разбитую машину, что сразу доказало две вещи:
-
НЛО были окончательно реальными
-
Они пришли из других планетарных систем.
Было решено сохранить полную тайну по этому вопросу. В США была разработана интенсивная и активная политика дезинформации, которая все еще действует. Например, НАСА объясняет на своем официальном сайте, что НЛО - это просто иллюзия, почти полвека спустя. Американцам потребовалось время, чтобы понять, что МГД является ключом, главным словом гиперзвукового (и тихого) полета. Тихий полет НЛО показал, что ударные волны (и турбулентность) были избегаемы. Для иллюстрации этого мы ссылаемся на личные работы автора (разработанные в 60-х и 70-х годах). Это исследование проводилось с довольно скромным лабораторным оборудованием по сравнению с гигантскими усилиями США, скрытыми в подземных заводах зоны 51. Но это будет достаточно, чтобы показать основные идеи. На следующей фигуре «линейный преобразователь МГД Фарадея» с его каналом МГД и двумя катушками.
Преобразователь МГД Фарадея
Если мы уберем две катушки, мы получим это:
Канал Фарадея (катушки были удалены)
Здесь преобразователь действует как генератор МГД. Сверхзвуковой поток входит в канал со скоростью V, что вызывает индуцированное электрическое поле E × B. Последнее производит электрический ток в газе, который проходит через внешние нагрузки, изображенные. Часть кинетической энергии газа может быть преобразована в электричество. Это сопровождается замедлением газа. Система скорости, электрического поля и последующей силы Лоренца показана ниже:
Электрическое поле и поле силы Лоренца в генераторе МГД.
Сила Лоренца подчиняется «правилу трех пальцев»:
Эта первая идея очень важна. Действительно, мы видим, что ускоритель МГД замедляет сверхзвуковой поток. Если правильно управлять, мы можем представить, что параметры потока могут быть изменены «мягко», без возникновения ударной волны.
Это ключевая идея концепции гиперзвукового полета, как мы увидим позже. Затем мы показываем характерный узор линий Маха в генераторе МГД. Угол Маха непрерывно меняется, и никакой ударной волны не возникает.
Безударное изменение системы линий Маха, вызванное действием силы Лоренца
Это очень простая идея, но она считалась секретной в течение очень долгого времени по всему миру. С другой стороны, преобразователь МГД может использоваться как ускоритель. Для этого достаточно ввести электрическую энергию, чтобы изменить электрический ток и получить ускоряющие силы Лоренца. Таким образом, мы можем изменить локальное значение угла Маха. В моей лаборатории в 1967 году мы получили очень впечатляющие ускорения на очень коротком расстоянии.
Газ входит в канал слева, и силы Лоренца ускоряют его.
Давайте покажем, что это не было сном. Затем, моя лаборатория МГД 60-х годов в Институте механики жидкости Марселя, Франция.
Моя лаборатория МГД 60-х годов. Спереди: электроды. Слева: старый осциллограф с вакуумными лампами Tektronix. Внизу: преобразователь Фарадея с подвешенными катушками. Кроме того, «игнитрон», используемый для переключения электрического тока в 50 000 ампер, произведенного банкой конденсаторов.
Это была «короткодлительная аэродинамическая труба», основанная на «трубке удара». Поток аргона, приведенный в действие ударной волной (200 микросекунд), был вытеснен в аэродинамическую трубу с постоянной площадью длиной 6 метров. Газ был перемещен и сжат (давление после сжатия: 1 бар). Газ нагревался до 10 000 К, что обеспечивало отличную электропроводность (3000 мох/м). Скорость газа на входе в канал МГД составляла 2750 м/с. Последний имел длину 10 см. При экспериментах по ускорению скорость выброса достигала 8000 м/с, что демонстрировало исключительную эффективность сил Лоренца для ускорения с высоким магнитным полем (2 теслы) и высокими плотностями электрического тока. Затем классическая эффективность МГД:
Эффективность МГД. J - плотность электрического тока, B - магнитное поле, L - характерная длина; ниже: плотность массы и v - скорость.
В начале 80-х годов французский инженер Бернар Лебрюн начал докторскую работу с нами. Я определил основную идею безударного сверхзвукового полета. Это было гражданское исследование, но мы знаем, что в то же время в знаменитом Лаборатории Лоренса Ливермора, Калифорния, проводились аналогичные исследования в тайне. Мы уже представили общий узор линий Маха, связанный с теоретическим сверхзвуковым потоком вокруг плоского крыла. Мы видели, что мы могли изменить локальное значение угла Маха, выбрав подходящее поле силы Лоренца. Например, мы можем ускорить поток вокруг передней кромки, используя поперечное магнитное поле и две стенки электродов, как показано ниже:
Электроды ускорения рядом с передней кромкой
Затем, последующее поле силы Лоренца:
Поле силы Лоренца
С таким устройством можно было устранить переднюю ударную волну рядом с острой передней кромкой, что показало, что система ударных волн может быть избежана. Это глубоко изменило проблему гиперзвукового полета. Новая цель заключалась в том, чтобы устранить ударные волны вокруг плоского крыла, что подразумевало поддержание линий Маха параллельно:
Диссертация Лебрюна: цель
Три пары стеновых электродов были размещены на модели плоского крыла:
Диссертация Лебрюна (1987)
Вверху: идеализированный узор характеристик (линии Маха или поверхности Маха). Если можно было бы применить подходящее поле силы Лоренца вокруг модели, ожидалось, что явление фокусировки характеристик можно было бы избежать. Это было показано с помощью компьютерных расчетов и представлено на нескольких международных конгрессах по МГД (Цукуба, Япония, Пекин, Китай, см. библиографию и упомянутые статьи). Общий узор линий Маха становится следующим:
Диссертация Лебрюна. Характеристические линии.
Эта работа была выполнена в гражданской лаборатории, но мы знаем, что в то же время американцы делали то же самое в высоком уровне секретности. Во Франции власти были в ужасе от мысли, что такие результаты могут раскрыть экзотеррористическую природу НЛО и они были в ярости. Все гражданские исследования были прекращены. Армия попыталась продолжить это исследование в своих секретных лабораториях, для собственных целей, но не смогла из-за нехватки знаний. В это время американские проекты испытали очень сильное ускорение. Параллельные исследования интенсивно проводились по торпедам и подводной тяге. Чтобы не смущать ум читателя, мы поговорим об этом позже.
Библиография:
(1)
Ж.П. Петит: «Возможно ли сверхзвуковое летание?» Восьмая международная конференция по производству электричества с помощью МГД. Москва, 1983 г.
(2)
Ж.П. Петит и Б. Лебрюн: «Устранение ударных волн в газе за счет действия силы Лоренца». Девятая международная конференция по производству электричества с помощью МГД. Цукуба, Япония, 1986 г.
(3)
Б. Лебрюн и Ж.П. Петит: «Уничтожение ударных волн за счет действия МГД в сверхзвуковых потоках. Квазиодномерный стационарный анализ и термическое блокирование». Европейский журнал механики; B/Fluids, 8, № 2, стр. 163-178, 1989 г.
(4)
Б. Лебрюн и Ж.П. Петит: «Уничтожение ударных волн за счет действия МГД в сверхзвуковых потоках. Двумерный стационарный неизотропный анализ. Критерий антиударной волны, и моделирование трубки удара для изотропных потоков». Европейский журнал механики, B/Fluids, 8, стр. 307-326, 1989 г.
(5)
Б. Лебрюн: «Теоретический подход к подавлению ударных волн, образующихся вокруг острого препятствия, помещенного в ионизированный аргоновый поток». Диссертация по энергетике № 233. Университет Пуатье, Франция, 1990 г.
(6)
Б. Лебрюн и Ж.П. Петит: «Теоретический анализ уничтожения ударных волн с помощью поля силы Лоренца». Международный симпозиум по МГД, Пекин, 1990 г.
Приложение 1 (МГД), следующая страница
