MHD-привод.
Предыдущий рисунок, показывающий поток, вызванный действием сил Лапласа вокруг цилиндра, демонстрирует, что эти силы могут быть использованы для привода летательных или плавающих машин. Однако цилиндрическая форма, по-видимому, не является наиболее подходящей. Тогда легко перейти к сфере, снабдив такой объект кольцом электродов.
Вращающийся переключатель позволяет последовательно питать два диаметрально противоположных электрода, один из которых служит анодом, а другой — катодом. Всё дело в том, чтобы скопировать этот прибор с системой вращающегося магнитного поля. В этом случае нет необходимости располагать внутри модели магнит, установленный на оси (хотя мы делали это, проводя гидравлические эксперименты в 1976 году, поместив вращающийся магнит внутрь настольного теннисного шарика). Все студенты-физики знают, что, расположив три соленоида под углом 120° и питая их токами с соответствующим сдвигом фаз, можно получить эквивалент вращающегося магнитного диполя. Результат будет следующим:
Если бы эксперимент по аннигиляции ударной волны прошёл успешно вокруг линзового профиля, мы планировали повторить операцию с моделью такого типа — с несколькими электродами и вращающимся полем, питаемой синхронизированными разрядами конденсаторов.
Эксперимент в холодном газе также был бы интересен. Достаточно было бы использовать модель в качестве высокочастотной антенны. Мы уже в 1978 году провели весьма интересные эксперименты по этому поводу. Опять же, ионизация была бы спокойно локализована в непосредственной близости от объекта.
Линзовые летательные аппараты.
Но наиболее интересным экспериментом было бы исследование линзового MHD-летательного аппарата (публикация в CRAS, 1975, под названием «Новые типы MHD-преобразователей»). Речь идёт о машине, лишённой электродов.
Рассмотрим соленоид, по которому течёт переменный ток. Он создаёт в окружающем воздухе индуцированное поле, которое может сопровождаться циркуляцией тока, сопровождаемого вторичным полем, противодействующим изменению индуцирующего поля (закон Ленца).
Индукционный ток (i), образующий замкнутые контуры, взаимодействует с индукционным полем B(t), создавая радиальные силы Лапласа, поочерёдно центробежные и центростремительные. Например, на рисунке выше в момент времени t₀ направления поля B (возбуждающего) и плотности тока J (индуцированного, циркулирующего в газовой массе) дают центростремительную радиальную силу.
В момент времени t₁ эта сила будет центробежной.
Если газ, прилегающий к диску с внутренним соленоидом, не ионизирован, ничего значительного не произойдёт. Если же газ ионизировать, он будет подвергаться действию системы поочерёдно центробежных и центростремительных сил, как в шейкере.
На этой основе можно представить систему привода, организовав временную модуляцию ионизации на верхней и нижней поверхностях, так чтобы газ, находящийся над аппаратом, был проводящим в момент центробежных сил:
и, наоборот, газ, находящийся под аппаратом, был проводящим в момент центростремительных сил:
Таким образом, получится система комбинированных сил, стремящихся значительно усилить циркуляцию воздуха вокруг аппарата:
Формула (Compte Rendu à l'Académie des Sciences de Paris, 1975) весьма привлекательна. Однако необходимо найти способ создания такой импульсной ионизации вблизи стенки. Проблема сложна, поскольку время, в течение которого воздух становится проводящим, должно быть порядка величины меньше времени прохождения газовой массы вокруг объекта. Если рассматривать объект, движущийся со скоростью 3000 м/с, и характерную длину 10 метров (диаметр аппарата), это приводит к временным интервалам порядка миллисекунды, что вполне достижимо с помощью импульсных микроволновых излучений на частоте 3 ГГц. Следовательно, верхняя и нижняя стенки машины должны быть покрыты мини-клистронами, поочерёдно излучающими и выбивающими свободные электроны из молекул воздуха.
Другое решение, по-видимому, более интересно. Известно, что если молекулы облучать электронами с точно настроенной энергией, происходит электронное присоединение. Некоторые молекулы приобретают дополнительный электрон и становятся отрицательными ионами с очень коротким временем жизни, что в нашем случае интересно.
Электронные пушки, расположенные у стенок, будут иметь форму мини-ловушек. Принцип прост. Соленоид создаёт магнитное поле с указанной конфигурацией:
Это поле, перпендикулярное стенке, уменьшается по величине с расстоянием от стенки. Ему соответствует магнитное давление:
На правом рисунке электрический разряд, возникающий между центральным электродом и кольцевым электродом, выбрасывает электроны в области с меньшим магнитным давлением, то есть далеко от стенки, с энергией, зависящей от величины B. Если B настроить правильно, эти потоки электронов вызовут образование в воздухе отрицательных ионов, эффективно переносящих индуцированный ток, связанный с изменением индуцирующего поля B, создаваемого кольцевым соленоидом (см. выше). Максимальная аэродинамическая эффективность достигается при воздействии в газовой слое, непосредственно прилегающем к стенке (так называемый «граничный слой»). Однако возникает проблема конфайнмента плазмы, изучавшаяся экспериментально при низком давлении, которая была быстро решена.
Магнитное поле B, созданное экваториальным соленоидом, также связано с магнитным давлением. Оно уменьшается по мере удаления от плоскости симметрии. Любая электрическая дуга стремилась бы значительно удалиться от стенки, становясь неуправляемой.
Решение заключалось в использовании не одного, а трёх соленоидов, двух вспомогательных с меньшими диаметрами, выполняющих функцию соленоидов конфайнмента.
В определённый момент времени токи проходят:
- через экваториальный соленоид
- через два соленоида конфайнмента
в противоположных направлениях. Геометрия позволяет создать вблизи вогнутой стенки градиент магнитного давления, способный прижать электрический разряд к стенке, удерживая его в граничном слое газа (на практике, для машины диаметром около десяти метров...