Phá hủy sóng sốc
Làm thế nào để tiêu diệt sóng sốc
Một ý tưởng 100% của Jean-Pierre Petit, cuối những năm 1970
21 tháng 11 năm 2003
Khi tôi đưa bài thuyết trình này tại Trường Cao đẳng Hàng không Toulouse vào tháng 6 năm 2003, tôi đã trình bày ý tưởng cốt lõi này, và đã được hiểu ngay lập tức, bởi họ và bởi các giảng viên cơ học chất lưu siêu âm hiện diện.
Tôi nhận ra, trước khi tiếp tục trình bày ý tưởng này, rằng nó [có sẵn]. Giả sử bạn đã đọc tài liệu này từ tháng 1 năm 2001 (và những người tham gia cuộc họp được Szamès bình luận không nên biết nội dung). Tại sao "cửa nạp không khí được kiểm soát bởi MHD", trang bị cho các thiết bị di chuyển với tốc độ siêu âm, như Aurora (tôi tuyên bố: hoạt động từ năm 1990) lại được đặt trên đỉnh?
Điểm đầu tiên: trên đỉnh, những thiết bị này phẳng như lòng bàn tay. Tham khảo hình ảnh cho thấy mô hình của thiết bị Ajax trong phòng gió:
Tôi không phải là người tìm ra hình ảnh này, mà là ... Szamès, trong bài báo ông công bố trên Air et Cosmo cuối năm 2000, ngay trước hội nghị Brighton, mà ông tham gia. Chi tiết đơn giản: sau hội nghị, ông nói với tôi:
*- Bạn là người duy nhất nghe nói về MHD tại hội nghị đó. Cá nhân tôi, tôi không nghe thấy từ này một lần nào cả. *
Người bán giày của chúng ta không biết rằng, trong các hội nghị, những cuộc thảo luận quan trọng nhất không diễn ra trong phòng, mà giữa các chuyên gia, xa khỏi những tai không cần thiết (hoặc đơn giản là không hiểu biết). Hãy lấy hình vẽ này và biểu diễn các đặc điểm và sóng sốc hình thành xung quanh thiết bị (lời nhận xét đơn giản: hiện tượng ánh sáng có thể nhìn thấy ở bên trái của hình ảnh, gần mép trước dạng lưỡi dao của thiết bị, không tương ứng với sóng sốc mà là phóng điện được áp dụng để đo trong thí nghiệm tập trung vào việc giảm hiệu ứng nhiệt trong khu vực đó).
Sóng sốc hình thành ở phần dưới của thiết bị, không phải trên đỉnh, nơi "trong luồng gió". Để có sóng sốc, cần phải có sự thay đổi hướng của tốc độ. Mép trước của Aurora-Ajax được thiết kế để phần trên tiếp tuyến với "đường dòng" theo hướng luồng khí phía trước.
Ở phần dưới, có hai sóng sốc, sóng thứ hai bắt đầu từ mép nghiêng của cửa nạp không khí (rất giống với "Concorde", kết nối với động cơ phản lực* truyền thống*!
Khi tốc độ của thiết bị tăng lên, sự chênh lệch nhiệt độ thay đổi gần như bình phương của số Mach. Đến một thời điểm nhất định, vượt quá Mach 3, cửa nạp không khí dưới không thể sử dụng nữa, nếu không khí nóng sẽ làm bay hơi các cánh quạt của tuabin tạo thành máy nén. Ở số Mach cao (mười-mười hai), sự gia tăng nhiệt độ sẽ như vậy rằng ngay cả một cửa nạp không khí của động cơ phản lực, được làm mát bằng lưu thông nhiên liệu ở dạng lỏng cũng không thể chịu đựng được. Thuyết của động cơ phản lực siêu âm (statoréacteur với đốt cháy ở chế độ siêu âm), được các người Mỹ ủng hộ trong các "dự án" của họ, chỉ là một sự bịa đặt đẹp mắt mà người châu Âu nhảy vào đầu tiên. Nhà báo hàng không Bernard Thouanel, hoàn toàn không hiểu biết về MHD, chắc chắn đồng tình (vì ... nó ở trên internet).
Cửa nạp không khí dưới sẽ được đóng lại và áp suất dư do sóng sốc tạo ra sẽ cung cấp lực nâng. Những thiết bị này "trượt" trên sóng sốc dưới của chúng, được gọi là "wave-riders". Khái niệm này có từ ... những năm 1950, tìm hiểu, khi người ta xem xét "đốt cháy bên ngoài", dưới máy bay, sau sóng sốc (nhưng điều đó, buồn thay, "làm nóng những con chim nhỏ, nếu có ở độ cao đó).
Người ta mở một cửa nạp không khí ở phía trên, hình dạng gợi nhớ đến đầu ra của một số máy in laser. Trước nó, một đoạn dài được trang bị máy phát MHD bề mặt (xem cuốn sách của tôi). Máy phát MHD này tạo ra năng lượng điện, sau đó sẽ được tái nạp vào phía sau thiết bị, trong khu vực dòng khí bán dẫn, ở dạng "cul de canard", nằm ở phía sau, để tăng cường xung lượng của luồng khí đầu ra. Đây là hệ thống "bypass MHD" (MHD bypass), từ khóa được Szamès ghi nhận vào năm 2000 (nhưng ý nghĩa của nó có thể vẫn còn xa lạ với ông vào thời điểm đó). Có rất nhiều thông tin trong bài báo do Alexandre Szamès soạn, trong đó đề cập đến tầm quan trọng của hiệu ứng Hall (đối với ông: từ Hebrew, giống như Thouanel). Tôi phải thừa nhận rằng nội dung bài viết của Szamès, tương ứng với những lời nói của người Nga Fraistadt, người khởi xướng dự án Ajax, đã thúc đẩy tôi đến Brighton và định hướng câu hỏi của tôi đối với các chuyên gia Mỹ hiện diện ở đó, mà Thouanel nhanh chóng tiết lộ tên của họ cho mọi người.
Việc sản xuất năng lượng điện này diễn ra bằng cách lấy đi năng lượng động học của khí, do đó khí được nén lại một cách nhẹ nhàng, không thông qua sóng sốc, mà điều này phải được tránh tuyệt đối (điều này không thể thực hiện nếu bạn thực hiện ở phần dưới của thiết bị, một sự bịa đặt khác được người Mỹ và người Nga thực hiện trong các hội nghị, và trong đó các chuyên gia Pháp nhảy vào đầu tiên). Đây là nơi triển khai ý tưởng của Jean-Pierre Petit: tránh sự hình thành sóng sốc bằng cách ngăn các đặc điểm giao nhau, vì chính sự giao nhau của chúng dẫn đến sự hình thành các sóng sốc không mong muốn. Sau đó, một "cánh quạt giãn nở" truyền thống được tạo ra, mà sinh viên Supaéro biết rất rõ. Đây là điều sẽ xảy ra gần cửa nạp MHD mà không có sự tham gia của "máy giảm tốc - máy phát MHD":
Một "tụt xuống" (figure ở dưới và bên phải) làm thẳng các đặc điểm, các bề mặt Mach, gây ra sự giao nhau của chúng và tích tụ các nhiễu động áp suất. Khí bị giảm tốc, được nén lại, nhưng một sóng sốc xuất hiện. Vị trí giao nhau là nơi sóng sốc được tạo ra.
Một "cánh quạt giãn nở" (hình ở trên và bên phải) ngược lại làm tăng tốc khí, tăng số Mach. Các đường Mach mở rộng và do đó không thể giao nhau, tạo ra sóng sốc. Đây là cơ học chất lưu trước Thế chiến 39-45. Nếu máy phát MHD không được kết nối, cánh quạt giãn nở của cửa nạp sẽ đưa khí, di chuyển với tốc độ siêu âm, vào tốc độ cao hơn, số Mach cao hơn tại khu vực máy nén: không thể thực hiện được (mặc dù các cửa nạp này, được đặt ở phía sau, có tính chất ngăn trở sóng radar quay lại các cánh quạt và do đó "bị che giấu" (xem hình ảnh của máy bay không người lái USA X-47A, được chỉnh sửa một cách vụng về bởi người làm mô hình, xuất hiện trên bìa sách của tôi.
X-47A nhìn từ phía trước
Dưới đây, cùng một thiết bị, một máy bay không người lái, nhìn từ phía bên:
X-47A nhìn từ phía bên
Bạn có thể thấy rõ cách bố trí cửa nạp không khí ở phía sau ngăn các sóng radar va vào cánh quạt tuabin trở lại (chính là những yếu tố tạo ra trở ngại lớn nhất đối với tính tàng hình. Bạn sẽ nhận thấy rằng máy bay không người lái này là một vấn đề riêng. Làm thế nào một cửa nạp không khí như vậy có thể hoạt động ở tốc độ siêu âm? Có vẻ như là không thể. Nhưng nếu đây là một máy bay chiến đấu (nó được trình bày như vậy bởi người Mỹ, nhưng không có một từ nào nói về hiệu suất của nó) liệu nó có thể là siêu âm? B2 đại diện, ngoài chiếc B-52 nổi tiếng, là phương tiện phức tạp nhất. Tuy nhiên, nó được trình bày là siêu âm. Liệu nó có thực sự siêu âm không? Những vấn đề này không được các nhà báo hàng không đề cập, và Bernard Thouanel là một trong số đó. Tuy nhiên, chính họ nên đặt ra những câu hỏi này.
Nhưng quay lại việc "giải mã" các thiết bị siêu âm của Mỹ và bí mật của cửa nạp không khí được kiểm soát bởi MHD. Trong hình giữa, người ta trình bày sự thay đổi của các bề mặt Mach trong cửa nạp không khí, không có sự can thiệp của các lực điện từ J x B liên quan đến hoạt động tự nhiên của máy phát MHD bề mặt.
Nếu kết hợp lần này hiệu ứng liên quan đến sự hiện diện của cánh quạt giãn nở và hiệu ứng làm chậm khí bởi các lực Laplace, bạn có thể, với điều kiện điều chỉnh tinh tế (nhiều luận văn tiến sĩ cho các bộ phận vật lý đang rơi tự do hoàn toàn do thiếu ý tưởng mới), làm thẳng các đặc điểm này một cách dần dần, các bề mặt Mach, ngăn chúng không giao nhau trong luồng, do đó không xuất hiện sóng sốc. Khi các đặc điểm này được làm thẳng hoàn toàn, vuông góc với các đường dòng của dòng chảy, bạn đã thắng: bạn ở trong siêu âm và sau đó bạn có thể thoải mái gửi khí này, được nén lại nhưng không bị nóng, đến các cánh quạt của động cơ phản lực thông thường của thiết bị. Đó là động cơ cùng phục vụ cho cất cánh, bay siêu âm đến Mach 3,5 và bay siêu âm đến Mach 12. Thật tuyệt phải không? Điều tuyệt vời là năng lượng cần thiết để làm chậm khí và đưa nó đến áp suất phù hợp tại đầu vào của tuabin được cung cấp... bởi chính nó! Đây là một khái niệm đã được nêu rõ trong luận án của Bertrand Lebrun năm 1986, và trong các công bố khoa học tiếp theo. Tuy nhiên, tôi không chắc rằng các nhân viên của DGA (quân đội) hoặc ONERA (Văn phòng Quốc gia Nghiên cứu và Nghiên cứu Hàng không) đã hiểu rõ khái niệm này (nơi mà người ta nhẹ nhàng nói về "giảm lực cản sóng"). Ngược lại, sau buổi bảo vệ luận án, nhà nghiên cứu Bernard Fontaine (cựu thành viên Viện Cơ học Chất lưu nơi tôi đã làm việc từ năm 1965 đến năm 1972, sau đó trở thành giám đốc bộ phận Khoa học Vật lý của Kỹ sư tại CNRS) đã nói qua điện thoại: "Vì Lebrun đã làm việc với tôi, anh ấy sẽ vô ích nếu anh ấy hy vọng tìm được một vị trí trong bất kỳ phòng thí nghiệm nghiên cứu Pháp nào".
Trong khi đó, chế độ hiệu ứng Hall mạnh liên quan đến hoạt động của máy phát ở mật độ thấp (áp suất môi trường: một mm thủy ngân) đi kèm với việc tạo ra các điện áp cao, được gửi tự nhiên đến mép trước của thiết bị, tạo ra một lớp plasma bảo vệ (thí nghiệm tương ứng với hình ảnh mô hình Ajax trong phòng gió). Các hiệu ứng nhiệt của sóng sốc đầu được giảm bớt. Tuy nhiên, sóng sốc này không hình thành liên tục. Thật vậy, trong quá trình bay của máy bay-espion siêu âm này, nó đạt được tốc độ tăng lên, khiến nó nhảy lên các lớp khí quyển cao, khoảng 120 km độ cao, nơi không khí quá loãng để nhiệt độ dòng chảy trở nên không đáng kể. Aurora bay như vậy bằng cách nảy lên các lớp khí quyển thấp (tất cả là tương đối: 80 km độ cao) bay như một hòn đá nảy "trên bề mặt khí quyển cao". Các phi công do đó trải qua các giai đoạn tăng trọng lượng và các khoảng thời gian không trọng lực, trong các quỹ đạo parabol với chu kỳ vài chục giây (xem tài liệu về Hypersoar, trên trang web của tôi). Họ đã quen, nhưng trong phiên bản dân dụng của các thiết bị này, cần phải làm cho hành khách uống Dramamine hoặc được trang bị cẩn thận với túi tiện lợi.
Về nguyên tắc, những ý tưởng này có thể được hiểu bởi bất kỳ sinh viên nào. Trong thực tế, đó là một chuyện khác. Dưới đây là những vấn đề khổng lồ, mà tôi biết cả bản chất và giải pháp, cũng như các đồng nghiệp Mỹ (và Nga). Đây cũng là một trong những chủ đề thảo luận tại Brighton, nhưng tôi không nghĩ rằng cần phải đề cập đến trong cuốn sách của mình. Tôi sẽ để người Pháp trả giá cho sự ngốc nghếch của họ khi nhảy vào những cát bụi này mà họ không ngờ tới sự tồn tại. Bạn không nên kỳ vọng tôi chỉ ra các giải pháp, vì chúng không có trong bất kỳ ghi chú nào và tôi đã dành thời gian để nói với sinh viên Supaéro trong buổi seminar của tôi vào tháng 6 năm 2003 tại trường.
Chúc may mắn, các bạn. Bài học từ sự việc này là, trước hết, như một người nào đó nói khi ra khỏi nhà thờ ở Capernaum: "Không ai là tiên tri trong quê hương mình". Thứ hai, những ý tưởng thực sự cách mạng mất hàng thập kỷ để được chấp nhận ở những quốc gia nơi chủ nghĩa bảo thủ là quy tắc tuyệt đối (thêm vào đó, ở Pháp, tác động làm trầm trọng thêm của việc kiểm soát toàn bộ nghiên cứu trong lĩnh vực bởi những người đến từ ... Trường Bách khoa). Bạn có thể nhớ câu nói của Poincaré:
*- Nếu bạn muốn phá vỡ tiềm năng quân sự của Đức, hãy tạo ra một Trường Bách khoa (Gilbert Payan là người đến từ "mẫu" nổi tiếng này). *
Tôi đã chuyển hướng sang thiên văn học và vũ trụ học trong mười năm tiếp theo. Nhưng tôi sợ rằng, ngay cả ở đây, đặc biệt là ở Pháp, tôi đang nói quá sớm. Xem "Nhật ký của một nhà khoa học phiêu lưu", đang được viết.
Tôi đã chọn giải pháp hiện tại, sau khi từ bỏ các lĩnh vực này vào năm 2001, là chuyển hướng sang nghiên cứu Ai Cập. Tôi đang tích cực để xuất bản các nghiên cứu của mình trong lĩnh vực này (điều này có thể không dễ dàng), vì tôi nghĩ rằng tôi đã khám phá ra tất cả các bí mật của Immothep liên quan đến cách xây dựng các kim tự tháp (đừng lo lắng: đó không phải là chống trọng lực).
Câu chuyện cuối cùng: bạn có biết ai là người tạo ra loạt Lanturlu không? Là Hubert Curien, người lúc đó điều hành Cnes, nơi Esterle và Zappoli đang cố gắng hết sức để phát triển ý tưởng đầu tiên của tôi về MHD (với sự ủng hộ của Payan và quân đội). Tôi đã yêu cầu ông can thiệp bằng cách nói:
*- Các anh trai của anh đã chọn không cần dịch vụ của tôi, dù họ hoàn toàn thiếu hiểu biết về vấn đề này. Khi đó, có thể đặt cược rằng họ sẽ thất bại (điều này xảy ra ngay lập tức, như sẽ được chứng minh). Nếu anh không can thiệp, tôi sẽ chuyển sáng tạo và thời gian rảnh của tôi sang việc phổ biến khoa học. Bạn sẽ tìm thấy các bản thảo đầu tiên của các tập truyện có thể tạo thành một loạt. *
Curien (đã qua đời) chưa bao giờ trả lời thư của tôi.
**Một nhận xét cuối cùng. **
Với nhiều khó khăn, sử dụng máy quét của tôi ở 1200 dpi, tôi đã cố gắng phóng to hình ảnh được in trong số VSD và bị thu nhỏ bởi Thouanel. Nhìn kỹ, tôi có thể đọc các văn bản, xóa chúng và tái cấu trúc để chúng trở nên dễ đọc. Vì vậy, đây là hình ảnh đó:
Đây được cho là sơ đồ của dự án Ajax. Nếu mép trước được thiết kế nghiêng, điều này không được nêu rõ nhưng xuất hiện trên các hình ảnh nghệ thuật được in, ví dụ, trên bìa của Air et Cosmos (tháng 12 năm 2000, nếu tôi nhớ đúng), bạn có thể kỳ vọng thấy hai sóng sốc hình thành, như sau:
Điều này chính xác là điều bạn muốn tránh. Sơ đồ thể hiện một "ion hóa", tức là một hệ thống ion hóa. Tại sao ở đây? Tại sao không ở mép trước, nơi nó sẽ hợp lý hơn? Bạn tìm thấy một "máy phát MHD bên ngoài", tức là "bề mặt". Bản vẽ bổ sung bằng một máy phát MHD bên trong, nằm trong cửa nạp không khí, cả hai hoạt động như các máy giảm tốc khí. "Bypass MHD" khiến người vẽ đặt một máy tăng tốc MHD ở đầu ống. Tuy nhiên, tất cả điều này không rõ ràng lắm. Tôi nghĩ rằng sơ đồ này là một sự bịa đặt và sơ đồ được mang từ hội nghị Brighton là đúng và tôi thách thức một kỹ sư cơ học chất lưu, chuyên gia về vật lý khí ion hóa, chứng minh ngược lại. Các kỹ sư cơ học chất lưu tham dự bài thuyết trình của tôi tại Supaéro đồng ý với tôi.