Знищення шокових хвиль
Як знищити шокові хвилі
Ідея 100% Жан-П'єр Петі, кінець 70-х років
21 листопада 2003 року
Коли я виступав з цією лекцією у Вищій школі аеронавтики Тулузи в червні 2003 року, я висловив цю ключову ідею, і її одразу зрозуміли — як вони, так і викладачі гідродинаміки, які були присутні.
Перш ніж продовжити пояснення цієї ідеї, я помічаю, що вона [присутня. Припустимо, ви вже ознайомилися з цим матеріалом, датованим січнем 2001 року (і ті, хто брав участь у зустрічі, про яку йшла мова у коментарях Сзамеса, не повинні знати його зміст). Чому вхід повітря, що керується МГД, на апараті, що рухається надзвуковою швидкістю, як Aurora (я стверджую: функціонує з 1990 року), розташований зверху?
Перший пункт: зверху ці машини плоскі, як долоня. Порівняйте з фотографією макета апарату Ajax, зробленої в аеродинамічній трубі:
Це не я знайшов цю фотографію — це ... Сзамес, у статті, опублікованій ним у журналі «Air et Cosmo» наприкінці 2000 року, за кілька днів до конференції в Брайтоні, на якій він брав участь. Просто деталь: після конференції він сказав мені:
*- Ви були єдиним, хто чув про МГД на цій конференції. Особисто я не чув цього слова навіть один раз. *
Наш майстер по взуттю не знає, що найважливіші розмови в конгресах не відбуваються в залі, а між спеціалістами, далеко від непроханих вух (або просто некомпетентних). Розглянемо цей малюнок і позначимо характеристики та шокові хвилі, що утворюються навколо апарату (проста зауваження: світлове явище, яке можна побачити в крайньому лівому куті фотографії, біля гострого краю апарату, не є шоковою хвилею, а відповідає електричній розрядці, яка застосовувалася для вимірювання у цьому експерименті, спрямованому на зменшення теплових ефектів у цій області).
Шокові хвилі утворюються на нижній частині апарату, а не зверху, де вони «в потоці повітря». Щоб утворилася шокова хвиля, необхідно змінити напрямок швидкості. Кутовий край переднього краю Aurora-Ajax розроблений так, щоб його верхня частина була дотичною до «ліній течії» у напрямку потоку газу.
На нижній частині ми бачимо дві шокові хвилі, друга виходить з кутового краю входу повітря (дуже схожий на той, що у «Concorde», який веде до турбореактивних двигунів* звичайного* типу!
Коли швидкість апарату зростає, різниця температур приблизно зростає як квадрат числа Маха. У певний момент, понад Мах 3, нижній вхід повітря більше не можна використовувати, інакше нагрівання газу випарює лопатки турбіни, що складає компресор. При дуже великому числі Маха (десять-дванадцять) підвищення температури було б настільки сильним, що навіть вхід повітря для стратореактивного двигуна, охолоджуваний циркуляцією рідкого палива, не зміг би витримати. Теза про скрамджет (стратореактивний двигун із згорянням у надзвуковому режимі), яку американці пропагують у своїх «проектах», є лише красивою дезінформацією, в яку європейці впадають бездумно. Аеронавтичний журналіст Бернард Туанель, повністю некомпетентний у питаннях МГД, звичайно ж приймає її (оскільки ... це в інтернеті).
Тому нижній вхід повітря буде закритий, а надмірний тиск, створений шоковою хвилею, забезпечить підйомну силу. Ці апарати «катаються» на своїй нижній шоковій хвилі, їх називають «wave-riders». Ця концепція датується ... 50-ми роками, переконайтеся, коли розглядалися ідеї «зовнішнього згоряння» під апаратом, за шоковою хвилею (але, на жаль, «нагрівали малих птахів, якщо вони взагалі були на цій висоті»).
Відкривається вхід повітря зверху, геометрія якого нагадує вихід деяких лазерних принтерів. Перед ним — довга секція, обладнана підповерхневим МГД-генератором (див. мою книгу). Цей МГД-генератор виробляє електричну енергію, яка потім буде повернена назад до апарату, у секцію напівобмеженої струменя, у формі «кульки», розташовану ззаду, щоб збільшити питому імпульс вихідного потоку. Це система «МГД-байпас» (MHD bypass), слово, яке Сзамес узяв у 2000 році (але його значення, ймовірно, тоді було для нього незрозумілим). У цій статті, написаній Александром Сзамесом, було багато інформації, зокрема згадка про важливість ефекту Холла (для нього — з івриту, як і для Туанеля). Мушу визнати, що саме зміст статті Сзамеса, відповідний розмовам російського Фрайштадта, ініціатора проекту Ajax, спонукав мене поїхати до Брайтона та направити свої питання американським спеціалістам, які були там, серед яких Туанель швидко розповів усім ім'я.
Виробництво електричної енергії відбувається за рахунок кінетичної енергії газу, який таким чином знову стискається плавно, а не через шокову хвилю, яку необхідно абсолютно уникати (що неможливо, якщо працювати на нижній частині апарату — це ще одна дезінформація, яку американці та російці використовують на конференціях і в яку «експерти» з Франції впадають бездумно). Саме тут реалізується ідея Жан-П'єра Петі: уникнути появи шокової хвилі, запобігаючи перетинанню характеристик, оскільки саме їх перетинання призводить до виникнення цих небажаних хвиль. Утворюється класичний «розгортання розширення», яке добре відоме студентам Supaéro. Ось що відбувалося б поблизу такого МГД-входу повітря без участі «зупинника-генератора МГД»:
Конвергент (на нижній правій стороні) виправляє характеристики, поверхні Маха, спричиняє їх перетинання та накопичення цих тискових збурень. Газ уповільнюється, стискається, але з'являється шокова хвиля. Місце перетинання — це місце її виникнення.
«Розгортання розширення» (на верхній правій стороні) навпаки, прискорює газ, збільшує число Маха. Лінії Маха розходяться і не можуть перетинатися, тому не утворюється шокова хвиля. Це гідродинаміка до 1939–1945 років. Якщо МГД-генератор не підключений, «розгортання розширення» входу повітря пропускатиме газ, що надходить гіперзвуковою швидкістю, з ще більшою швидкістю, із ще більшим числом Маха до компресора: неймовірно (хоча ці входи, розташовані вглиб, мають властивість запобігати відбиттю радарних хвиль від лопаток турбіни, тому є «непомітними» (див. дрон США X-47A, фотографія якого, неблагоразумно оброблена макетчиком, зображена на обкладинці моєї книги).
X-47A з фасаду
Нижче — той самий апарат, дрон, з профілю:
X-47A з профілю
Дуже чітко видно, як розташування входу повітря вглиб запобігає відбиттю радарних хвиль, що потрапляють на лопатки турбіни (це саме вони становлять найбільший перешкода для непомітності). Зауважимо, що цей дрон — сам по собі проблема. Як може працювати такий вхід повітря при надзвуковій швидкості? Це здається априорі неможливим. Але тоді, якщо це бойовий дрон (американці представляють його саме так, хоча ні слова про його характеристики), чи може він бути, навіть надзвичайно маневреним (хоча здається, що його сопло не «векторизоване», тобто не має орієнтованого потоку) ... субзвуковим? B2 — це, крім відомого B-52, ключового апарату Strategic Air Command 50-х років, найбільш складний апарат. Але його представляють як субзвуковий. Чи справді він такий? Ці питання ніхто з аеронавтичних журналістів не розглядає, і Бернард Туанель — один з них. Але саме їм слід задати ці питання.
Але повернемося до «розшифровки» гіперзвукових апаратів США та таємниці їхнього МГД-керованого входу повітря. На центральному малюнку показано еволюцію поверхонь Маха в вході повітря без участі електромагнітних сил J x B, пов’язаних із природною роботою підповерхневого МГД-генератора.
Якщо тепер поєднати ефект, пов’язаний з наявністю «розгортання розширення», і ефект гальмування газу за допомогою сил Лапласа, можна, уміло граючи (маса дисертацій кандидатських наук для кафедр фізики, які зараз знаходяться в повному занепаді через відсутність нових ідей), виправити ці характеристики, поверхні Маха з необхідною плавністю, запобігаючи їхньому перетинанню у потоці, отже без появи шокових хвиль. Коли характеристики повністю виправлені, перпендикулярні до ліній течії рідини, перемога здобута: ви в субзвуковому режимі, і тепер ви можете спокійно направити цей газ, що знову стиснутий, але не нагрітий, до лопаток звичайного турбореактивного двигуна апарату. Тоді той самий двигун використовується для зльоту, польоту надзвуковим режимом до Мах 3,5 і гіперзвукового польоту до Мах 12. Геніально, чи не так? Найцікавіше в тому, що енергія, необхідна для гальмування газу та його приведення до потрібного тиску на вході компресора, надається... самим двигуном! Це концепція, яка вже була явно висловлена в дисертації Бернара Лебрена 1986 року та у наступних наукових публікаціях. Але я не дуже впевнений, що люди з DGA (армія) чи ONERA (Національний офіс аеронавтичних досліджень і досліджень) повністю зрозуміли цю концепцію (де мовиться тихо про «зменшення опору хвилі»). Навпаки, після захисту дисертації дослідник Бернар Фонтен (колишній з Інституту механіки рідин, де я працював з 1965 по 1972 рік, а потім став директором відділу фізичних наук інженерів у CNRS) телефонно повідомив мені: «Оскільки Лебрен працював з вами, немає сенсу, щоб він шукав посаду в будь-якому французькому науковому лабораторії».
У той же час сильний ефект Холла, пов’язаний із роботою генератора при низькій густині (тиск у межах атмосфери — один міліметр ртуті), супроводжується виникненням великих напруг, які природно передаються на передній край апарату, створюючи захисний плазмовий килим (експеримент, що відповідає фотографії макету Ajax у аеродинамічній трубі). Таким чином зменшуються теплові ефекти головної шокової хвилі. Але ця хвиля не виникає постійно. Дійсно, під час крейсерського польоту такого гіперзвукового розвідувального літака він набирає швидкість, що викидає його у верхні шари атмосфери, до 120 км над рівнем моря, де повітря настільки розріджене, що потік тепла стає незначним. Aurora летить таким чином, «відбиваючись» від нижніх шарів (все відносно: 80 км над рівнем моря), як камінець, що відскакує «від поверхні верхньої атмосфери». Тому пілоти по черзі відчувають збільшення ваги та стан невагомості під час параболічних траєкторій, тривалістю кілька десятків секунд (див. матеріал про Hypersoar на моєму сайті). Вони звикли до цього, але в громадянській версії таких апаратів потрібно, щоб пасажири приймали драмамін або обережно оснащувалися містками.
У принципі ці ідеї можуть зрозуміти будь-який студент. На практиці — це інша справа. Під цим ховаються неймовірні проблеми, які я знаю як за природою, так і за рішеннями, так само, як і мої американські (та російські) колеги. Це було навіть однією з тем наших обговорень у Брайтоні, але я не вважав за потрібне згадувати про це у своїй книзі. Я залишу французів платити ціну за свою дурість, падаючи бездумно в ці м’які піски, існування яких вони навіть не підозрюють. Не рахуйте на мене, щоб вказати рішення, які не згадані у жодних записах, і які я залишив лише для студентів Supaéro під час моєї лекції червня 2003 року у школі.
Бажаю успіху, друзі. Урок цього випадку полягає в тому, що з одного боку, як сказав один певний Ісус, виходячи з синагоги Капернаума: «Немає пророка в своєму краї». З іншого боку, справжньо революційні ідеї потребують десятиліть, щоб утвердитися в країнах, де консерватизм є абсолютним правилом (додавши, у Франції, додатковий негативний вплив домінування всієї науки в цьому сфері людьми з .. Політехнічної школи). Можливо, ви пам’ятаєте фразу Пуанкаре:
*- Якщо хочете знищити військовий потенціал Німеччини — створіть там Політехнічну школу (Гільберт Пайян — її випускник). *
Протягом наступних п’ятнадцяти років я звернувся до астрофізики та космології. Але, на жаль, здається, що і тут, особливо в Франції, я висловлююся трохи занадто рано. Див. "Дневник дослідника", що зараз у процесі написання.
Моя теперішня рішення, після відмови від цих галузей у 2001 році, полягає в тому, щоб зайнятися єгиптологією. Зараз я активно працюю над публікацією своїх праць у цій галузі (що, ймовірно, не буде легко), оскільки, на мою думку, я вже розкрив усі таємниці Імхотепа щодо способу будівництва пірамід (переконайтеся: це не антигравітація).
Остання історія: чи знаєте ви, кому ми завдячуємо з'явленню серії «Лантурлу»? Губерту Кюрену, який тоді керував CNES, де Естерле та Запполі робили все можливе, щоб розвинути першу і мою ідею МГД (з благословення Пайяна та армії). Я попросив його втрутитися, сказавши:
*- Ваші люди відмовилися від моєї допомоги, незважаючи на свою повну некомпетентність у цьому питанні. Тоді дуже ймовірно, що вони зазнають невдачі (що відбулося одразу, як це буде показано). Ну що ж, якщо ви не втручитиметеся, я перенесу свою творчість і вільний час на популяризацію науки. Ось прикріплені перші рукописи альбомів, що можуть скласти серію. *
Кюрен (зараз помер) ніколи не відповів на моє листування.
Останнє зауваження.
З великими труднощами, використовуючи сканер з роздільною здатністю 1200 dpi, я спробував збільшити малюнок, що був у виданні VSD і дуже зменшений Туанелем. Зіщуливши очі, я зміг прочитати текст, видалити його та переписати, щоб він став читабельним. Ось цей малюнок:
Це має бути схема проекту Ajax. Якщо передній край справді кутовий (що не вказано, але видно на художніх зображеннях, наприклад, на обкладинці «Air et Cosmos» (грудень 2000 року, якщо я не помиляюся), ми повинні очікувати появи двох шокових хвиль, як це:
Але саме цього й потрібно уникати. На схемі показано «іонізатор», тобто іонізуючий пристрій. Чому саме тут? Чому не на передньому краю, де було б більш доцільно його розмістити? Тут є «зовнішній МГД-генератор», тобто «підповерхневий». Малюнок доповнюється внутрішнім МГД-генератором, розташованим у вході повітря, обидва працюють як гальмуючі пристрої для газу. «МГД-байпас» призводить до того, що на виході з сопла художник розмістив МГД-прискорювач. Але все це не дуже зрозуміло. Я вважаю, що ця схема — дезінформація, і схема, яку приніс із Брайтона, є правильною, і викликаю будь-якого механіка рідин, знавця фізики іонізованого газу, довести протилежне. Механіки рідин, які були на моїй лекції в Supaéro, погодилися з моєю думкою.