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……磁流体力学是一个非常大的研究领域。
基本概念的发明者是著名的英国科学家迈克尔·法拉第。
磁流体力学有两个方面。

  • 一方面,可以通过洛伦兹力J x
    B来加速流体,这指的是磁流体加速器。

  • 另一方面,可以将流体的动能、其焓,转化为电能。这指的是磁流体发电机。
    在这类装置中,当气流以速度V穿过横向磁场B的磁力线时,一个感生电场V x
    B作用于带电粒子、自由电子或离子。

……有一本非常好的书(现在只在科学图书馆中有):

Sutton & Sherman:“Engineering magnetohydrodynamics”,
Mac Graw Hill Books Cie,1967

供物理学家和研究生使用。

……自1964年以来,我在磁流体力学方面有个人经验。1964年至1972年间,我在马赛流体力学研究所工作。以下是一份简短的(侧重于较近期工作的)参考文献:

(1) J.P.Petit:“超音速飞行可能吗?”第八届国际磁流体发电会议。莫斯科1983年。
(2) J.P.Petit & B.Lebrun:“通过洛伦兹力作用消除气体中的激波”。第九届国际磁流体发电会议。日本筑波,1986年
(3) B.Lebrun & J.P.Petit:“超音速流动中通过磁流体力学作用消除激波。准一维稳态分析和热阻塞”。欧洲力学杂志;B/Fluids,8,第2期,第163-178页,1989年
(4) B.Lebrun & J.P.Petit:“超音速流动中通过磁流体力学作用消除激波。二维稳态非等熵分析。反激波判据,以及等熵流动的激波管模拟”。欧洲力学杂志,B/Fluids,8,第307-326页,1989年
(5) B.Lebrun:“置于电离氩流中的细长障碍物周围形成的激波消除的理论方法。能量学论文第233号。普瓦捷大学,法国,1990年。
(6) B.Lebrun & J.P.Petit:“洛伦兹力场消除激波的理论分析”。国际磁流体力学研讨会,北京1990年。

……然后我转向了天体物理学和理论宇宙学。六十年代,我们建造了短持续时间磁流体发电机,基于激波管驱动的热风洞。该装置可以产生短持续时间流动、高温和高速度,以及相当高的压力。这不是低压风洞。典型参数为:

气体:氩
速度:2,700 m/s
温度:10,000°K
压力:一个巴
电导率:4000 mkhos/m

……我们目前正在用私人资金建造一个新实验室。我认为它将在2001年底前投入运行。活动将涵盖不同领域:

  • 热气体实验

  • 冷气体实验(大气压下空气的超音速流动)

  • 低压气体实验(模拟)。

  • 数值实验。

  • 水力实验(高速潜艇模型)。

……首先,为什么我们在停止13年后重新开始这样的活动?因为我们有了新想法。1975年,我想象在稠密空气中超音速飞行可能是可能的,不产生音爆,也不产生湍流。我在科学期刊上发表了关于此的论文。当时这似乎是一个愚蠢的想法。1975年,我和同事Maurice Viton用一特斯拉磁铁建造了一个水力实验。这样的B场是必要的,以在自由表面流(8cm/s)中改变微小模型周围的水流。模型是一个圆柱体(直径7mm)。实验成功了,前波(流体力学专家知道船产生的波与激波非常相似)被完全消除了。然后我想这个想法可能不像乍看之下那么异想天开。

……在接下来的十年里,一切都很困难,不是从科学角度,而是,让我们说,从“政治角度”。显然,这个新概念与不明飞行物案件有关。在气体实验中,这种“磁流体力学飞行器”将被发光等离子体包围,低工况下呈红色,较大工况下几乎呈白色。电极,当机器拥有一些时,会看起来像“窗户”。此外,圆盘形机器(如1975年在《巴黎科学院会议纪要》中首次命名的)在科学依据上是最优的(而磁流体力学依据可能与经典流体力学依据有些不同),因此科学界对这样的项目并不那么热情,即使科学依据完全清晰干净。

……我试图安装一些研究,首先在法国国家空间研究中心(CNES)1979-1982年,然后在国家科学研究中心(CNRS)的一个实验室1984-1986年。这第二个实验室位于鲁昂,其主任是Valentin教授,今天已退休。通过CNES,一些实验安装在图卢兹的法国技术研究中心的CERT,一个与军队密切联系的实验室。给了一些钱,但在这两次尝试中,军队愚蠢地迫使实验室把我踢出科学工作。不幸的是,涉及人员的科学背景,在两种情况下都不够充分,研究在两者中都失败了。很多钱被愚蠢地浪费了。所以1987年我决定彻底放弃。但是,非常最近,新想法促使我重返该领域。根据经验,我知道如果与法国机构启动任何合作,军方会立即破坏局面,就像他们很久以前多次做的那样。所以我们决定用自己的力量和资源重新开始。这似乎很愚蠢。但据我所见,所有这些研究都可以用过时的材料进行。此外,电子产品和计算机的价格自20年以来已大幅降低。许多非常好的研究人员,现已退休,加入了我们。所以我们决定在法国南部建立一个实验室。目前我们收集过时的系统:电容器组、各种电压的电源,低压和高压,点火管,速调管,光学设备等等,我们储存它。当我们拥有所有必要的东西时,我们将采取行动,很快,我们希望。

……现在,让我们看看一些新想法。

……如果你点击那里,你将读到1975年发表在《科学院会议纪要》上的笔记。如果你不读法语,一些简短的解释。以下是前三幅插图。在图1中,一个圆盘形机器,带有赤道螺线管,其交流电流产生交变磁场。这个(感谢麦克斯韦先生)产生一个感生电场E',倾向于产生圆形感生电流。将这些电流J'与磁场的瞬时值结合,我们得到径向力(霍尔效应被认为可忽略),我们得到一个时间相关的径向力系统J ' x
B,它们交替地指向外部和朝向中心。所以想法如下:假设我们可以在圆盘附近创建一个非稳态电离,时间控制,我们可以作用于流体,在圆盘顶部使用径向离心力当它们存在时,在圆盘形机器底部当这个力反转时使用径向向心力。

……在下一幅图中,预期的感生气流;围绕我们的圆盘形机器:

……计算表明吸入效应可能非常强,强到足以消除机器驻点处任何激波形成(它沿其轴移动)。技术问题是在时间上调制壁附近的电离。我们首先想象了一个看起来像“狼陷阱”的装置:

……想象墙中有一个“小尺寸”锥形孔,沿其轴有一个“销”。在锥-面连接处,一个圆形电极(阳极)。中心电子(销状)带负电。然后在周围空气中形成放电,如上所示。随后的磁场,与该放电相关,倾向于推开自由电子并给它们能量。我们认为它可以在空气中产生短寿命负离子,使在这种离子的寿命期间磁流体力学相互作用成为可能。在设备齐全的实验室中,这样的研究本可以进行,但我们没有。自1973年以来,我在一个天文台,这不是进行等离子体物理实验的最佳场所。

……无论如何,在七十年代末,机器的某些有趣方面被发现了。优秀的等离子体专家知道磁压倾向于吹走放电。我们在低压空气实验中经历了这一点。解决方案很快找到。不是创建一个最大值在对称平面中的B场(由单个赤道线圈创建),我们决定使用三个,一个大两个小,如下图所示:

……左:机器的轴。上和右,三个线圈的示意布置,显示电流流入的方式。图中,磁力线。我们看到最大B表面接近一个锥体的一部分(包含两个线圈的圆)。灰色区域:约束体积,等离子体倾向于位于其中。实验上立即成功。然后机器的壁,以优化磁流体力学相互作用,必须与磁力线正交。最后,这是我们的无电极磁流体力学飞行器的典型外观,使用感应现象和脉冲电离,在磁流体力学依据上优化:

……你看到为什么我们与科学界、军队、政治家等有一些问题。

……短持续时间电离难以管理。

冷气体磁流体力学实验。

……但是,最近,一个新想法来了,总结在下一幅图中:

……模型的壁是特氟龙制成的。在两个特氟龙壳中,嵌入线圈(赤道线圈和两个“约束线圈”)。两个速调管将被使用,校正到两个单独的波导。这两个显示在图中。它们是同轴黄铜圆柱体。当一个运行时,第二个关闭,依此类推。混合的薄黄铜片(红色)充当扩散器并喷洒微波。位于对称平面中的黄铜板防止用于电离空气的微波在机器的另一侧。在下一幅图中,我们显示模型当微波沿中心通道流动,被顶部部分的薄混合黄铜片扩散,穿过特氟龙,然后创建一层薄薄的离子化空气。3 GHz微波最适合电离大气压空气,电离气体吸收微波。这就是为什么电离将被限制在薄层中。

……用这样的装置,在圆盘形模型附近创建时间相关的电离状态似乎相对简单。同步三个线圈中的交流电流也很简单。所以这样的模型可以非常强烈地吸入正前方的空气。当然取决于磁场强度(磁流体力学相互作用参数必须足够强)。不需要长时间消除激波。只能在短持续时间风洞中进行短持续时间测试。我们将不得不建造它。简而言之,这个风洞基于一个大真空罐,每次测试时,其内容物被一个强大的真空泵(我们已经有)抽走。左:超音速通道。在通道和罐之间:一个聚酯薄膜。当泵使罐中压力足够低时,膜破裂。流动的典型持续时间:几十秒之一。

……这个简单的想法足够令人兴奋,决定重新开始磁流体力学研究。下一幅图:圆盘形模型的另一个视图:

……下一幅:预期的气流,围绕一个“被动”模型。激波系统。

下一幅:通过洛伦兹力作用消除激波后的流动:

……我们计划在“磁流体力学水力飞行器”上进行实验,即大速度潜艇。

热气体磁流体力学实验。

……在实验室中将建造一个激波驱动风洞(所谓的激波管)。在下一幅图中,磁流体力学装置的示意图。

……下一幅图:装置的磁流体力学部分。

……下一幅图显示两个线圈和磁流体力学通道:

……在这样的装置中,1967年,在马赛流体力学研究所成功进行了等离子体加速,证明了洛伦兹力控制超音速流动的效率。入口速度(纯氩,一个巴,10,000°K):2750 m/s。出口速度:8000 m/s!!

接下来,在1987年计划的实验中,平板翼模型在超音速风洞中的位置:

……Bertrand Lebrun的博士论文(1987年),在欧洲力学杂志上的发表,加上两次在国际磁流体力学会议(筑波,1987年,北京,1990年)上的报告,集中在由激波驱动风洞提供的高温氩流(10,000°K)中的前激波消除。今天我们打算建立这个关键实验。简而言之,某种“翼”(二维流动)前部附体激波的存在可以通过激光干涉测量法(1965年在马赛流体力学研究所开发)来证明。在右边,我们期望得到的图片,是在这个高温氩流中前激波被消除。

……由于我们现在有(理论上)在冷气体中操作的可能性,这个在高温氩中的实验可能看起来多余。但我们更愿意将这两个目标作为“平行研究”来处理。

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