Начало MHD4
...Например, если погрузить такую модель, снабдив ее только одной парой электродов — центральной — и замкнуть эту пару накоротко, то возникнет ток, замыкающийся в газе, что приведет к сильному торможению газа:
...Такой профиль крыла, погруженный в сильно проводящий электричество газ (или сделанный проводящим), ведет себя как мощный "генератор MHD". Это — "MHD-преобразователь". Откуда берется энергия? Просто из кинетической энергии потока, и извлекаемая мощность сопровождается потерей кинетической энергии в потоке, то есть естественным замедлением газа.
...В 1965 году мы реализовали электрогенераторы MHD, преобразующие кинетическую энергию потока непосредственно в электричество по схеме "MHD-сопла типа Фарадея". Геометрия отличается, но принцип тот же. Ниже — схема генератора MHD Фарадея с квадратным сечением канала.
...Следующее изображение — соленоиды удалены, показана конфигурация "сегментированных" электродов (для лучшего распределения тока по каналу).
...В экспериментах, проведенных нами в шестидесятые годы в Институте механики жидкости в Марселе, мы подавали в это сопло поток аргона при температуре 10 000 К под давлением 1 бар, со скоростью 2500 м/с. Магнитное поле достигало 2 тесла, следовательно, электродвижущая сила составляла:
2500 × 2 = 5000 вольт на метр
...Расстояние между противоположными электродами было 5 см, следовательно, разность потенциалов составляла 250 вольт. Следовало вычесть 40 вольт (напряжение, связанное с эффектами стенки вблизи электродов), что дало 210 вольт.
...Электропроводность аргона при такой температуре составляет 3500 мхо на метр, следовательно, плотность тока J = σE = σV×B = 735 000 ампер на квадратный метр,
то есть 73,5 ампера на квадратный сантиметр. При длине сопла 10 см и ширине 5 см (площадь поперечного сечения 50 см²) максимальный ток в коротком замыкании составлял 3675 ампер.
...Когда электроды были замкнуты, ток был максимальным, и результирующая сила Лапласа оказалась настолько сильной, как показали эксперименты, что газ замедлился до такой степени, что возникла прямая ударная волна, образовавшаяся без каких-либо других препятствий, кроме электромагнитной силы.
...Газ, достигающий профиля крыла с дозвуковой скоростью, обладает собственной энергией, которую можно использовать. Энергия, затрачиваемая на устранение ударных волн, была равна энергии, затраченной на ускорение газа вблизи передней и задней кромок, минус энергия, выделившаяся при торможении газа, связанная с работой центральной пары электродов.
...Этот результат был чрезвычайно интересен, поскольку показал, что энергия, необходимая для устранения ударных волн, была ниже, чем можно было предположить заранее. Основные потери приходились на эффект Джоуля. В случае летательного аппарата, движущегося в холодном воздухе, нужно было бы дополнительно затратить энергию на ионизацию газа с помощью микроволн, которую мы также оценили.
...Как действуют силы Лапласа на наклон ударных волн Маха?
...Очень просто. Когда MHD-сопло работает, например, как генератор, то есть тормозит поток, вот как изменяются в нем ударные волны Маха:
...Это — умеренное торможение потока. Волны сжимаются, как элементы аккордеона. Электроды находятся под нагрузкой, что ограничивает плотность тока. При этом понятно, как более сильное торможение может привести к образованию ударной волны: когда скорость снижается до такой степени, что газ стремится стать дозвуковым. Волны Маха концентрируются, как аккордеон, накапливая давление. Затем образуется ударная волна, которая быстро перемещается к входу сопла и стабилизируется перед первым "стримером" (потоком электрического тока от первой пары электродов), будто бы этот поток представляет собой некое невидимое препятствие.
...Если же в систему подавать электрическую мощность, сопло начинает работать как MHD-ускоритель Фарадея. Волны Маха склоняются:
...Это ускорение MHD было также продемонстрировано в шестидесятые годы в лаборатории, где я работал. Оно оказалось чрезвычайно эффективным. При входной скорости потока 2500 м/с мы получили выходную скорость более 8000 м/с, то есть прирост скорости более чем на 5 км/с на расстоянии всего около 10 см.
...Эти эксперименты показывают исключительную эффективность MHD-воздействия на газ, если его степень ионизации достаточна. Для справки: такая электропроводность (3500 мхо/м) в аргоне соответствует степени ионизации 10⁻³ (один атом из тысячи превращается в ион).
...В холодном воздухе необходимо искусственно ионизировать газ, например, подвергая окружающий газ потоку микроволн частотой 3 ГГц, который будет отрывать электроны от наиболее легко ионизуемого компонента — оксида азота NO. Можно также рассмотреть впрыск щелочного металла с низким потенциалом ионизации, например цезия или натрия.
...Мы с Лебруном провели все эти расчеты в рамках докторской диссертации, финансируемой CNRS, в 80-е годы. Результаты компьютерного моделирования показали полностью "регулярный" поток без ударных волн. На следующем рисунке показаны две семейства волн Маха.
...Этот теоретический анализ был дополнен гидравлическими аналогиями, также с использованием системы из трех пар электродов. Волнение носа и кормы удалось полностью устранить. Поскольку электропроводность подкисленной воды слишком мала, использование энергии потока для улучшения энергетического баланса не представлялось возможным. Результат аналогичен представленному выше: поток становится плоским:
Читатель, заинтересованный в этих вопросах, может найти некоторые из этих элементов в моей комиксе "Стена молчания" (см. CD-ROM Lanturlu).
Как реализовать эти исследования.
...Эти идеи весьма привлекательны. Они открывают новую механику сверхзвуковых течений, где вместо того, чтобы страдать от ударных волн как от неизбежного явления, можно их избегать.
...Проблема MHD заключается в возможности работы с газом, обладающим достаточной электропроводностью. За двадцать лет работы мы, конечно, изучили все эти вопросы. В 1966 году я стал первым, кто добился устойчивой работы "двухтемпературного" MHD-генератора.
...Мы провели также много экспериментов в разреженной среде (воздух при давлении 10⁻¹ мм рт. ст.).
- Поверхностное ограничение плазмы
- Направление "стримеров" (спиральных токов)
- Устранение неустойчивости Велихова (доклад на конференции MHD в Москве)
- Исследование ионизации воздуха с помощью ВЧ (1 МГц)
...В другой раз я расскажу на сайте об этих экспериментах и перспективах. Сейчас же рассмотрим, как можно реализовать эксперимент по устранению ударных волн вокруг линзового профиля.
...Для этого необходимо иметь аэродинамическую трубу, выдающую поток газа высокой температуры (аргон при 10 000 К). Это возможно с использованием устройства, разработанного сразу после войны (но сегодня забытого): "шоковая труба".
...Что это такое?
...Чтобы объяснить работу этой "трубы со шоковой волной", мы снова воспользуемся гидравлической аналогией. Представим, что мы строим прямолинейный канал постоянной ширины из фанеры. Ширина — 10 см, длина — несколько метров. Вот схема:
../../../bons_commande/bon_global.htm
