Şok Dalgalarının Yok Edilmesi
Şok Dalgalarını Nasıl Yok Etmek
100% Jean-Pierre Petit fikri, 1970'lerin sonu
21 Kasım 2003
Toulouse'daki Aerodinamik Yüksek Okulu'nda Haziran 2003'te verdiğim konferansda bu ana fikri sundum ve hemen onlarla ve orada bulunan süpersonik akış mekaniği öğretmenleri tarafından anlaşıldı.
Bu fikri tekrar anlatmadan önce fark ettim ki, bu fikir [mevcut. Şüphesiz, 2001'in başındaki dosyayı zaten okudunuz (ve Szamès'in yorumladığı konferansın katılımcıları bunun içeriğini bilmiyor olmalı). Neden "MHD ile kontrol edilen hava girişi", süpersonik hızlarda seyahat eden cihazlarda, örneğin Aurora (1990'dan beri operasyonel olduğunu iddia ediyorum) üzerinde üst kısımda yer alıyor?
Birinci nokta: bu makinelerin üst yüzeyi el gibi düz. Ajax maketinin rüzgar tünelindeki fotoğrafına bakın:
Bu resmi ben aramadım, Szamès, 2000 sonunda Air et Cosmo'da yayımladığı makalesinde, Brighton konferansından hemen önce yaptı. Basit bir detay: bu konferanstan sonra bana dedi:
*- Bu konferansta sadece siz MHD'den bahsettiğinizi duydunuz. Ben, bu kelimeyi hiçbir zaman duymadım. *
Bizim ayakkabı satıcımız, konferanslarda en önemli tartışmaların salonlarda değil, uzmanlar arasında, gizli kulaklara veya sadece yetersiz olanlara uzakta yapıldığını bilmiyor. Bu resmi alalım ve cihazın etrafında oluşan karakteristikler ve şok dalgalarını gösterelim (basit bir not: fotoğrafın sol ucunda, cihazın bıçak kenarına yakın görülen ışık olayı şok dalgası değil, bu deneyin bu bölgedeki termal etkileri azaltmak için uygulanan elektrik deşarjıdır).
Şok dalgaları cihazın alt kısmında oluşur, üst yüzeyi "rüzgar yatağındadır". Şok dalgası oluşması için hız yönünde bir değişiklik gerekir. Aurora-Ajax'ın bıçak kenarının keskinliği, üst yüzeyinin gelen gaz akışı yönündeki "akış çizgilerine" teğet olması için tasarlanmıştır.
Aşağıda iki şok dalgası vardır, ikincisi hava girişi bıçak kenarından başlar (Concorde'ye benzer, bu da konvansiyonel türboprop motorlarına açılır!).
Makinenin hızı arttıkça sıcaklık artışı genellikle Mach sayısının karesiyle değişir. Mach 3'ün üzerinde belirli bir noktadan sonra alt hava girişi kullanılamaz, aksi takdirde gazın ısınması türbinin kanatçıklarını buharlaştıracaktır. Yüksek Mach sayısında (on-ondört), bu sıcaklık artışı, sıvı yakıtla soğutulan bir statör motorunun bile dayanamayacağı kadar büyük olur. Amerikalılar tarafından "projelerinde" savunulan scramjet (statör motoru, süpersonik ortamda yanma) teorisi, Avrupalıların kör bir şekilde inandığı sadece güzel bir sahtekârlıktır. Havacılık gazetecisi Bernard Thouanel, MHD konusunda tamamen yetersiz olsa da, muhakkak bu teoriye katılmaktadır (çünkü ... internette var).
Bu nedenle alt hava girişi kapatılacak ve şok dalgasının oluşturduğu aşırı basınç kaldırma sağlayacaktır. Bu cihazlar kendi alt şok dalgaları üzerinde "surfe" ederler, "wave-riders" olarak bilinirler. Kavram 1950'lerden beridir, araştırın, o zamanlar cihazın altında, şok dalgasının arkasında "dış yanma" düşünülmüştü (ama ne yazık ki, bu yükseklikte küçük kuşları ısıtıyor, elbette varsa).
Üst kısımda bir hava girişi açılır, bu geometri bazı lazer yazıcılardan çıkan çıkışa benzer. Onun önündeki uzun bir bölüm, yanal MHD jeneratörü ile donatılmıştır (bkz. kitabım). Bu MHD jeneratörü elektrik enerjisi üretir, bu enerji daha sonra cihazın arkasındaki yarı yönlendirilmiş kanalda, "kuyruk" olarak adlandırılan bölgede, çıkış jetinin spesifik impulsunu artırmak için yeniden beslenir. Bu, "MHD bypass" (MHD yedekleme) sistemi, Szamès tarafından 2000'de yakalanan bir terim (o zaman için muhtemelen anlamını bilmiyordu). Alexandre Szamès'in yazdığı bu makalede çok fazla bilgi vardı, 2000'den itibaren Hall etkisinin önemini (onun için: İbranice, Thouanel için de aynı şey) belirtmesi. Şüphesiz, Szamès'in makalesinin içeriği, Rus Fraistadt tarafından yapılan konuşmalarla uyumlu idi, bu da beni Brighton'a çıkarmasını ve orada bulunan Amerikan uzmanlarına sorduğum soruları yönlendirmesini sağladı, Thouanel ise onların isimlerini herkese açıklamakla meşguldü.
Bu elektrik enerjisi üretimi, gazın kinetik enerjisi kaybedilerek yapılır, bu da gazın yumuşak bir şekilde yeniden sıkıştırılmasını sağlar, şok dalgası aracılığıyla değil, şok dalgasını mutlaka önlemek gerekir (bu, Amerikalılar ve Ruslar tarafından konferanslarda ve bu sahtekârlık içinde bulunan Fransız uzmanlar tarafından yapılamaz). İşte burada Jean-Pierre Petit'in fikri uygulanır: karakteristiklerin kesişmesini önlemek suretiyle şok dalgasının doğuşunu engellemek, çünkü tam olarak bu kesişmelerin şok dalgalarının oluşmasına neden olduğu bilinmektedir. Daha sonra klasik bir "genişleme feneri" oluşturulur, Supaéro öğrencileri bu konuyu iyi bilir. MHD hava girişi olmadan bu hava girişi yakınında ne olacağını görelim:
Bir konverjan, sağ altta, karakteristikleri düzeltir, Mach yüzeylerini oluşturur, bu yüzeylerin kesişmesine ve basınç dalgalanmalarının birikimine neden olur. Gaz yavaşlatılır, yeniden sıkıştırılır, ancak bir şok dalgası oluşur. Kesişme yeri bu şok dalgasının oluştuğu yerdir.
Bir "genişleme feneri" (sağ üstte), gazı hızlandırır, Mach sayısını artırır. Mach çizgileri yayılır ve dolayısıyla kesişemez, bir şok dalgası oluşturamaz. Bu, 1939-45 savaşından önceki akışkanlar mekaniğidir. Eğer MHD jeneratörü bağlı değilse, hava girişi genişleme feneri, hipersonik hızda gelen gazı daha yüksek bir hızla, daha yüksek bir Mach sayısında, kompresörde daha yüksek bir hızla sokar: mümkün değildir (bu hava girişi geriye doğru, radyo dalgalarının kanatçıklara geri dönmesini engellediği için "gizli" (bkz. kitabımın kapak resminde, mağazacı tarafından kötü şekilde düzenlenmiş olan ABD X-47A dronunun resmi).
X-47A'nın ön görünüşü
Aşağıda, aynı cihaz, bir dron, yan görünüş:
X-47A'nın yan görünüşü
Görüldüğü gibi, bu hava girişi geriye doğru yerleştirilmesi, radyo dalgalarının türbin kanatçıklarına çarpmasını engeller (bu, gizlilik açısından en büyük engeldir). Bu dronun kendisi bir sorundur. Nasıl bir hava girişi, süpersonikte çalışabilir? Bu a priori imkansız gibi görünüyor. Ancak, eğer bu, bir savaş dronuysa (ABD tarafından bu şekilde tanıtılmıştır, ancak performansları hakkında hiçbir açıklama yoksa), o zaman, hatta çok manevra yapabilse bile (bile bile, füzesi "vektörlenmiş" değil, yani yönlendirilebilir jeti yoktur) ... süpersonik mi olur? B2, 1950'lerde Strategic Air Command'ın ana vektörü olan ünlü B-52'den sonra en gelişmiş araçtır. Ancak, bu araç süpersonik olarak sunuluyor. Gerçekten de süpersonik mi? Bu sorular, havacılık gazetecileri tarafından asla ele alınmaz ve Bernard Thouanel bunlardan biridir. Ancak onlar bu soruları sormalıydı.
Ama "Amerikan hipersoniklerini çözme" ve MHD ile kontrol edilen hava girişi gizeminin açıklamasına dönelim. Merkezdeki resimde, yanal MHD jeneratörünün doğal işleviyle ilişkili elektromanyetik kuvvetler J x B'nin etkisi olmadan hava girişi içindeki Mach yüzeylerinin evrimi gösterilmiştir.
Bu kez, genişleme fenerinin etkisi ve Laplace kuvvetleriyle gazın yavaşlaması etkilerini birleştirirsek, dikkatli bir şekilde (fizik bölümlerinde şu anda tamamen düşüşte olan, yeni fikirlerin yokluğu nedeniyle doktora tezleriyle dolu departmanlar için) bu karakteristikleri, bu Mach yüzeylerini, kanalda kesişmeden, dolayısıyla şok dalgaları oluşmadan, istenilen şekilde düzeltmek mümkün olur. Bu karakteristikler tamamen düzeltildiğinde, akış çizgilerine dik hale geldiğinde, kazanılmıştır: sönük sesle, bu gazı, yeniden sıkıştırılmış ancak ısınmamış olarak, cihazın konvansiyonel türboprop motorunun kanatçıklarına gönderebilirsiniz. Bu, aynı motordan, kalkış, süpersonik uçuş (Mach 3.5'e kadar) ve hipersonik uçuş (Mach 12'e kadar) için faydalanılır. Harika değil mi? İlginç olan şey, gazı yavaşlatmak ve gerekli basıncı hava girişi girişinde sağlamak için gereken enerjinin ... bu motordan sağlanmasıdır! Bu kavram, 1986'da Bertrand Lebrun'un tezinde açıkça vardı ve ardından gelen bilimsel yayınlarla birlikte. Ancak, DGA (askeri) veya ONERA (Ulusal Havacılık ve Uzay Araştırmaları Ofisi) çalışanlarının bu kavramı tam olarak anladıklarını pek emin değilim (burada "şok dalgası direnci azaltma" gibi kibar bir ifadeyle konuşuluyor). Aksine, bu tez savunmasından sonra, 1965-1972 yılları arasında benim çalıştığım Akışkanlar Mekaniği Enstitüsü'nden olan ve daha sonra CNRS'de Fizik Bilimleri Bölümü Başkanı olan araştırmacı Bernard Fontaine bana telefonla "Lebrun'un benimle çalıştığını biliyorsa, hiçbir laboratuvarda bir pozisyon bulması için boşuna umut edemez" dedi.
Bu arada, düşük yoğunluk (ortam basıncı: 1 mm civa) ile çalışan jeneratörün güçlü Hall etkisi, doğal olarak cihazın kalkış kenarına iletilen yüksek gerilimlerin oluşmasına neden olur, bu da koruyucu plazma yastığını oluşturur (Ajax rüzgar tüneli maketinin fotoğrafına karşılık gelen deney). Böylece baştaki şok dalgasının termal etkileri azaltılır. Ancak bu dalgalar her zaman oluşmaz. Gerçekten, bu hipersonik istihbarat uçağının seyahatinde, hız kazanması, yüksek atmosfer tabakalarına (120 km yükseklikte) sıçramasına neden olur, burada hava o kadar seyrelti ki ısı akışı ihmal edilebilir. Aurora, bu nedenle düşük tabakalarda (her şey göreli: 80 km yükseklik) sıçrayarak, yüksek atmosferin "yüzeyi" gibi seyahat eder. Pilotlar, birkaç on saniyelik periyotlarla parabolik yörüngeler boyunca ağırlıklarının artışı ve ağırlıksızlık anları arasında geçerler (bkz. Hypersoar dosyası, web sitemde). Onlar bu duruma alışık olsa da, bu cihazların sivil versiyonlarında yolculara dramamine verilmesi veya pratik çantalarla dikkatle donatılması gerekir.
Bu fikirlerin herhangi bir öğrenci tarafından anlaşılmasının kolay olduğu söylenebilir. Pratikte ise başka bir şeydir. Arkasında korkunç sorunlar vardır, bunların doğasını ve çözümlerini hem ben hem de Amerikalılar (ve Ruslar) biliyoruz. Brighton'da bu konuyu tartıştık, ancak kitabımın içinde bunlardan bahsetmedim. Fransızların aptallıklarının bedelini ödemelerini, onların bilinçsizce bu zehirli çamurlara atılmalarını bekleyeceğim. Bu çözümleri belgelerde bulunmamakta ve 2003 Haziran'da Supaéro'da verdiğim seminerde Supaéro öğrencilerine sunmamı tercih ediyorum.
İyi şanslar, arkadaşlar. Olayın dersi, bir taraftan, Capharnaüm'deki sinagogdan çıkan biri gibi "her yerde peygamber yoktur" demek, diğer taraftan ise, konservatiflik kural olan ülkelerde gerçekten devrim yaratan fikirlerin yıllar alır (Fransa'da bu, Politeknik Okulu'ndan gelen insanlar tarafından tüm araştırmaların elinde olmasıyla daha da kötüleşir). Poincaré'nin sözünü hatırlıyor musunuz:
*- Almanya'nın askeri potansiyelini yok etmek istiyorsan, oraya bir Politeknik Okulu kur. (Gilbert Payan bu ünlü "döküm"den gelir). *
Sonraki on beş yıl boyunca astrofizik ve kozmolojiye yöneldim. Ancak, yine de Fransa'da bu konularda çok erken konuşuyorum sanırım. "Bir Bilim Adamının Günlüğü" adlı eserim, şu anda yazım aşamasındadır.
Kendime geldiğimde, 2001'de bu alanlardan vazgeçmemin ardından, Mısır arkeolojisine yöneldim. Bu alanda çalışmalarımı yayımlamaya çalışıyorum (muhtemelen zor olacak), çünkü Immothep ile ilgili piramitlerin inşaat yöntemlerini tümüyle anladığımı düşünüyorum (endişelenmeyin: bu antigravite değil).
Son anekdot: Lanturlu serisinin doğuşuna kimin sayesinde sahip olduğumuzu biliyor musunuz? Esterle ve Zappoli, Payan ve askeriye tarafından onaylanan, benim MHD fikrimin ilk ve benim fikrimin geliştirilmesine çalışırken, o zamanlar Cnes'in başkanı olan Hubert Curien. Ona, "Sizin ekipleriniz, bu konuda tamamen yetersiz olsalar da, bana hizmetlerinizi reddettiler. Bu yüzden, muhtemelen hata yapacaklardır (bu hemen gerçekleşti, gösterilecektir). Eğer müdahale etmezseniz, yaratıcılığımla bu boş zamanı bilimsel popülerleştirmeye yönlendireceğim. Aşağıda, bir dizi oluşturabilecek ilk manuskriptlerinizi bulacaksınız." dedim. Curien (şimdi ölmüştür) bana hiçbir cevap vermedi.
**Son bir not. **
Çok zor bir şekilde, 1200 dpi'lik tarayıcıyı kullanarak, VSD'de yer alan ve Thouanel tarafından çok azaltılan resmi büyütmeye çalıştım. Gözlerimi açarak okuyabildim, metinleri sildim ve okunabilir hale getirdim. İşte bu resim:
Bu, Ajax projesinin şeması olmalı. Kalkış kenarı bıçak kenarlı olarak düzgün, belirtilmemiş olsa da, örneğin Air et Cosmos'un 2000 Aralık sayısında yer alan sanatçı resimlerinde görüldüğü gibi, iki şok dalgası oluşması beklenir, şöyle:
Bu tam olarak kaçınmak istenilen şeydir. Şema, "iyonlaştırıcı" yani bir iyonlaştırıcı sistemi gösterir. Neden burada? Neden kalkış kenarında değil, orada daha mantıklıdır? "Harici MHD jeneratörü", yani "yanal MHD jeneratörü" vardır. Şema, hava girişi içinde bir iç MHD jeneratörüyle tamamlanır, iki de gazı yavaşlatıcı olarak çalışır. "MHD yedekleme", füzenin çıkışında bir MHD hızlandırıcı konmuştur. Ancak bu tümüyle net değildir. Bu şemanın bir sahtekârlık olduğunu düşünüyorum ve Brighton konferansından getirilen şema doğru olanıdır ve bir akışkanlar mekaniği mühendisi, iyonize gazların fizikini bilen biriyle beni ikna etmesini istiyorum. Supaéro'da verdiğim konferansta bulunan akışkanlar mekaniği mühendisleri benimle aynı fikirdeydi.