Уничтожение ударных волн
Как уничтожить ударные волны
Идея 100% Жан-Пьера Пети, конец 1970-х годов
21 ноября 2003 года
Когда я выступил с докладом в Высшей школе аэронавтики в Тулузе в июне 2003 года, я изложил эту ключевую идею, и меня немедленно поняли — как они, так и преподаватели газовой динамики, присутствовавшие на встрече.
Прежде чем продолжить изложение этой идеи, я осознаю, что она [присутствует. Предположим, вы уже ознакомились с этим материалом, датированным январем 2001 года (и участники встречи, комментировавшиеся Сзамесом, не должны знать его содержание). Почему вход воздуха, «управляемый МГД», установленный на летательных аппаратах, движущихся со сверхзвуковой скоростью, как Aurora (я утверждаю: функционирует с 1990 года), расположен сверху?
Первое замечание: сверху эти машины плоские, как ладонь. Ознакомьтесь с фотографией макета аппарата Ajax, сделанной в аэродинамической трубе:
Это не я искал этот снимок — это сделал… Сзамес, в статье, опубликованной им в журнале «Air et Cosmo» в конце 2000 года, незадолго до конференции в Брайтоне, на которой он участвовал. Просто деталь: после конференции он сказал мне:
— Вы были единственным, кто слышал о МГД на этой конференции. Лично я не слышал, чтобы это слово произносили хоть один раз.
Наш обувщик не знает, что в конгрессах самые важные дискуссии происходят не в зале, а между специалистами, далеко от любопытных ушей (или просто неподготовленных). Возьмём этот рисунок и покажем характеристики и ударные волны, формирующиеся вокруг аппарата (простое замечание: светящееся явление, которое можно увидеть в крайнем левом углу фотографии, рядом с клиновидным кромкой аппарата, не соответствует ударной волне, а представляет собой электрический разряд, применявшийся для измерения в эксперименте, нацеленном на снижение тепловых эффектов в этой области).
Ударные волны формируются с нижней стороны аппарата, а не сверху, которая находится «в потоке ветра». Чтобы возникла ударная волна, необходимо изменение направления скорости. Клин кромки входа Aurora-Ajax спроектирован так, чтобы его верхняя часть была касательной к «линиям тока» потока газа снизу.
С нижней стороны находятся две ударные волны, вторая исходит из закруглённого края входа воздуха (очень похожа на таковую у «Конкорда», которая ведёт к обычным турбореактивным двигателям!).
Когда скорость аппарата возрастает, скачок температуры примерно пропорционален квадрату числа Маха. В определённый момент, при скорости свыше Маха 3, нижний вход воздуха уже нельзя использовать, иначе нагрев газа испарил бы лопатки турбины, составляющие компрессор. При высоких числах Маха (десять-двенадцать) этот рост температуры был бы настолько велик, что даже вход воздуха для ракетного двигателя, охлаждаемый циркуляцией жидкого топлива, не выдержал бы. Тезис о скрам-двигателе (ракетный двигатель с горением в сверхзвуковом режиме), пропагандируемый американцами в своих «проектах», — это всего лишь красивая дезинформация, в которую европейцы бросаются головой вперёд. Авиационный журналист Бернард Туанель, совершенно неподготовленный в вопросах МГД, естественно, присоединяется к этому (ведь это же в интернете).
Таким образом, нижний вход воздуха будет закрыт, а избыточное давление, создаваемое ударной волной, обеспечит подъёмную силу. Эти аппараты «катятся» по своей нижней ударной волне, их называют «wave-riders». Концепция появилась ещё в 1950-х годах — уточните, когда рассматривалась «внешнее сгорание» под аппаратом, за ударной волной (но, к сожалению, «нагревало маленьких птиц», если они вообще были на такой высоте).
Открывается вход воздуха сверху, геометрия которого напоминает выход некоторых лазерных принтеров. Перед ним длинный участок, оснащённый боковым МГД-генератором (см. мою книгу). Этот МГД-генератор производит электрическую энергию, которая затем возвращается назад, в заднюю часть аппарата, в участок полупроводящего потока, «в виде утки», расположенный сзади, для увеличения удельного импульса выходного потока. Это система «МГД-моста» (MHD bypass), слово, заимствованное Сзамесом в 2000 году (но, вероятно, значение которого тогда оставалось для него непонятным). В этой статье, написанной Александром Сзамесом, было множество информации, включая упоминание уже в 2000 году важности эффекта Холла (для него — от евреев, как и для Туанеля). Должен признать, что именно содержание статьи Сзамеса, соответствующее высказываниям русского Фрайштадта, инициатора проекта Ajax, побудило меня поехать в Брайтон и направило мои вопросы к американским специалистам, присутствовавшим там, которых Туанель поспешил назвать всему миру.
Производство электрической энергии происходит за счёт кинетической энергии газа, который при этом мягко рекомпримируется, а не через ударную волну, которую необходимо избегать (что невозможно, если действовать с нижней стороны аппарата — ещё одна дезинформация, распространяемая американцами и русскими на конференциях, в которую «специалисты» из Франции бросаются головой вперёд). Именно здесь реализуется идея Жан-Пьера Пети: предотвратить возникновение ударной волны, не допуская пересечения характеристик, поскольку именно их перекрытие вызывает появление этих нежелательных волн. В результате формируется классический «расходящийся вентиль», который хорошо известен студентам Supaéro. Что происходило бы рядом с этим входом МГД без участия «замедлителя-генератора МГД»:
Сужающийся канал, расположенный внизу справа, выравнивает характеристики, поверхности Маха, вызывает их перекрытие и накопление этих давлений. Газ замедляется, рекомпримируется, но возникает ударная волна. Место перекрытия — это место её формирования.
«Расходящийся вентиль» (находится сверху справа) напротив ускоряет газ, увеличивает число Маха. Линии Маха расширяются и не могут пересекаться, поэтому ударная волна не возникает. Это — гидродинамика до Второй мировой войны. Если МГД-генератор не подключён, расходящийся вентиль входа воздуха пропускает газ, поступающий со сверхзвуковой скоростью, с ещё большей скоростью и числом Маха на компрессор: неприемлемо (хотя эти входы, отступая назад, обладают свойством предотвращать возврат радиолокационных волн на лопатки, поэтому они «невидимы» (см. дрон США X-47A, фотография которого, небрежно отредактированная модельером, помещена на обложку моей книги).
X-47A спереди
Ниже тот же аппарат — дрон — сбоку:
X-47A сбоку
Очень хорошо видно, как расположение входа воздуха в отступлении мешает радиолокационным волнам, ударяющимся о лопатки турбины, возвращаться (именно они являются самым сильным препятствием для невидимости). Заметим, что этот дрон — сам по себе проблема. Как может такой вход воздуха функционировать на сверхзвуковой скорости? Сначала кажется невозможным. Но тогда, если это боевой дрон (американцы представляют его именно так, но не уточняют его характеристики), будет ли он даже гиперманёвренным (хотя сопло, судя по всему, не «векторизовано», то есть не имеет возможности поворота струи)… субзвуковым? B2, помимо знаменитого B-52 — ключевого элемента стратегического воздушного командования 1950-х годов — является наиболее сложным аппаратом. И его представляют как субзвуковой. Действительно ли он таковым? Эти вопросы не затрагиваются авиационными журналистами, и Бернард Туанель — один из них. Тем не менее, именно им следует задавать такие вопросы.
Но вернёмся к расшифровке американских гиперзвуковых аппаратов и секрету их МГД-управляемого входа воздуха. На центральной фигуре показано изменение поверхностей Маха в входе воздуха без участия электромагнитных сил J x B, связанных с естественным функционированием бокового МГД-генератора.
Если теперь объединить эффект, связанный с наличием расходящегося вентиля, и эффект замедления газа силами Лапласа, можно, при тонкой настройке (множество диссертаций для кафедр физики, которые сейчас находятся в полном упадке из-за отсутствия новых идей), выровнять характеристики, поверхности Маха с необходимой плавностью, не допуская их пересечения в потоке, то есть без возникновения ударных волн. Когда характеристики полностью выравнены, перпендикулярны линиям потока жидкости — победа: вы находитесь в субзвуковом режиме и можете спокойно направить этот газ, рекомпримированный, но не нагретый, к лопаткам обычного турбореактивного двигателя аппарата. Таким образом, тот же двигатель используется для взлёта, полёта со сверхзвуковой скоростью до Маха 3,5 и гиперзвукового полёта до Маха 12. Великолепно, не так ли? Особенно впечатляет то, что энергия, необходимая для замедления газа и приведения его к нужному давлению на входе турбины, поступает… от самого двигателя! Это концепция уже была явно изложена в диссертации Бернара Лебрена в 1986 году и в последующих научных публикациях. Но я не уверен, что люди из DGA (армия) или ONERA (Национальный центр аэронавтических исследований) полностью поняли эту концепцию (где упоминается лишь «снижение волнового сопротивления»). Напротив, после защиты диссертации исследователь Бернар Фонтен (бывший сотрудник Института гидромеханики, где я работал с 1965 по 1972 год, позже ставший директором отдела физических наук инженера в CNRS) сообщил мне по телефону: «Поскольку Лебрен работал со мной, ему бесполезно надеяться найти место в каком-либо французском исследовательском лаборатории».
Во время этого процесса высокий эффект Холла, связанный с работой генератора при низкой плотности (давление окружающей среды — один миллиметр ртутного столба), сопровождается образованием высоких напряжений, которые естественным образом передаются на кромку аппарата, создавая защитный плазменный подушка (эксперимент, соответствующий фотографии макета Ajax в аэродинамической трубе). Таким образом, тепловые эффекты головной ударной волны уменьшаются. Но эта ударная волна не формируется постоянно. Во время крейсерского полёта этого гиперзвукового разведчика аппарат набирает скорость, прыгая в верхние слои атмосферы, на высоту около 120 км, где воздух настолько разрежен, что поток тепла становится незначительным. Aurora таким образом летит, «отскакивая» от нижних слоёв (всё относительно: 80 км высоты), как камешек, отскакивающий «по поверхности верхней атмосферы». Пилоты проходят через чередование увеличения веса и состояний невесомости при параболических траекториях с периодом в несколько десятков секунд (см. материал, посвящённый Hypersoar на моём сайте). Они привыкли к этому, но в гражданской версии таких аппаратов пассажирам нужно будет принимать драмамин или аккуратно оснастить их удобными мешками.
В принципе, эти идеи могут понять любые студенты. На практике — совсем другая история. За этим скрываются колоссальные проблемы, которые я знаю как по своей природе, так и по решениям, точно так же, как мои американские (и русские) коллеги. Это был даже один из наших обсуждений в Брайтоне, но я не сочёл нужным упомянуть об этом в своей книге. Я оставлю французов платить цену за свою глупость, бросаясь головой в эти подвижные пески, существование которых они даже не подозревают. Не рассчитывайте на меня, чтобы указать решения, которые не записаны ни в каких документах, и я оставлю их обсуждение студентам Supaéro во время моего семинара в июне 2003 года в школе.
Удачи вам, друзья. Урок этой истории в том, что с одной стороны, как сказал некий Иисус, выходя из синагоги Капернаума: «Пророк не безвестен в своём родном городе». С другой стороны, действительно революционные идеи требуют десятилетий, чтобы утвердиться в странах, где консерватизм — абсолютное правило (добавим к этому во Франции ещё и усугубляющий фактор доминирования всей научной деятельности людьми из… Политехнической школы). Вы, возможно, помните слова Пуанкаре:
— Если вы хотите разрушить военный потенциал Германии, создайте там Политехническую школу (Жильбер Пайан — выпускник этого знаменитого «формы»).
В течение следующих пятнадцати лет я обратился к астрофизике и космологии. Но боюсь, что и здесь, особенно во Франции, я высказываюсь несколько слишком рано. См. "Дневник учёного-приключения", находящийся в процессе написания.
Ну что ж, моя нынешняя стратегия после отказа от этих направлений в 2001 году — это обращение к египтологии. Сейчас я активно работаю над публикацией своих трудов в этой области (что, вероятно, будет не так просто), полагая, что раскрыл все тайны Имхотепа относительно способа строительства пирамид (не волнуйтесь: это не антигравитация).
Последняя история: знаете ли вы, кому мы обязаны появлением сериала «Лантурлу»? Хуберту Кюриену, который в то время руководил CNES, где Эстерле и Запполи делали всё возможное, чтобы развить мою первую идею МГД (с благословения Пайана и армии). Я попросил его вмешаться, сказав:
— Ваши люди предпочли обойтись без моей помощи, несмотря на полную неподготовленность в этой области. Тогда можно с большой вероятностью предположить, что они провалятся (что и произошло немедленно, как будет показано). Ну что ж, если вы не вмешаетесь, я направлю свою креативность и это свободное время на популяризацию науки. Ниже прилагаю первые черновики альбомов, которые могут составить серию.
Кюриен (ныне покойный) так и не ответил на моё письмо.
Последнее замечание.
С большим трудом, используя сканер с разрешением 1200 dpi, я попытался увеличить рисунок, воспроизведённый в номере VSD и сильно уменьшенный Туанелем. Прищурившись, я смог прочитать текст, стереть его и пересобрать, чтобы он стал читаемым. Вот этот рисунок:
Это должно быть схема проекта Ajax. Если кромка действительно закруглена (что не указано, но видно на художественных изображениях, например, на обложке журнала Air et Cosmos за декабрь 2000 года, если я правильно помню), следует ожидать формирования двух ударных волн, вот так:
А именно этого и нужно избегать. Схема показывает «ионизатор», то есть систему ионизации. Зачем здесь? Почему не на кромке, где было бы более уместно его разместить? Здесь указан «внешний МГД-генератор», то есть «боковой». Рисунок дополняется внутренним МГД-генератором, расположенным внутри входа воздуха, оба работают как замедлители газа. «МГД-мост» означает, что на выходе из сопла художник поместил ускоритель МГД. Но всё это не слишком ясно. Я думаю, что эта схема — дезинформация, а схема, приведённая с конференции в Брайтоне, — правильная, и я бросаю вызов специалисту по гидродинамике, знакомому с физикой ионизированных газов, доказать обратное. Специалисты по гидродинамике, присутствовавшие на моём докладе в Supaéro, были того же мнения.