Traduction non disponible. Affichage de la version française.

MHD6 开始

science/mhd

Image1716

大小如厨房水桶,这是一个装有阳极和阴极的腔体,阴极呈汞池形式。阳极与阴极之间为真空状态,即充满饱和汞蒸气的空间,其温度与环境温度相当,电导率极低,不足以让电流通过,而电极则处于5千伏的电压下。一个“触发电极”是靠近汞表面的一个小电极。当在该电极与汞阴极之间产生放电时,汞被汽化,蒸气随即充满腔体,从而允许电弧通过。这相当于一个封闭空间内的闪电。一旦放电开始,它将持续维持,直到电容器储存的能量通过铜导体的焦耳效应完全耗尽。随后,汞蒸气冷凝,整流器便准备好进行下一次试验。一个仅如啤酒罐大小的第二个整流器,就足以在恰当的时刻触发试验电极中的电流通过。

Image1717

以下是操作控制的示意图:

Image1718

1965年,这类实验的主要成本在于电子设备和数据记录。当然,当时还没有微型计算机。当时最先进的示波器(美国Tektronix的电子管型号)带宽仅1兆赫兹,如今看来令人发笑。但那时每台价格高达4万法郎。如今,同等性能的设备成本可降低十倍。

示波器屏幕上显示的波形通过偏振胶片进行拍照记录。如今,这些实验参数的采集完全可由一台低端微型计算机配合专用数据卡完成。

Image1719

风洞参数的记录极为简单。只需在壁面安装一对小针状电极,施加较低电压即可。电极间距为1毫米,电压足够低,使电流无法在稀薄氩气中通过。但当激波经过时,电极在激波后方立即暴露于10000℃的氩气中,就足以产生信号。通过使用双通道示波器,记录两支相距10至20厘米、位于喷管上游的电离探针发出的信号,即可测量激波速度,进而计算出所有气体动力学参数:温度、压力、电离度、电导率等。其他示波器则用于补充测量。为防止高压室放电装置及所有电气开关元件产生的强电磁干扰,这些示波器通过屏蔽同轴电缆与探针连接,并置于法拉第笼内,实验人员也同时位于笼内。

Image1720

以下为描述实验装置,以验证我们于1975至1980年间提出的理论:在气体中以超音速飞行的物体,可不产生激波。接下来需说明如何检测激波的消除。可采用一种经典且可靠的方法:通过两束光的干涉产生水平条纹,其中一束穿过试验气流,另一束在气流外部通过。激波表现为气体密度的突然跃变,从而引起折射率的变化。因此,激波通常通过此方法被清晰显现。左侧为典型图像,显示由于斜激波附着在机翼前缘而产生的“条纹跃迁”;右侧为相同图像,但激波已被消除。

Image1721

10000℃的氩等离子体已足够明亮,因此可使用小型氦氖激光器作为光源,其亮度超过等离子体本身。

20世纪80年代末,我和Lebrun计算了此类实验的所有参数,作为其博士论文的一部分,该研究由法国国家科学研究中心(CNRS)资助。我坚信,这项实验将一次成功,正如我此前在激波管实验室进行的所有MHD实验一样。我特别记得1966年的一次实验(将在未来文档中详述),其目标是实现“双温”MHD发电机运行,即电子温度(10000℃)显著高于试验气体温度(6000℃)。当时的主要障碍是“维利科夫不稳定性”(这一问题曾使全球多个国家的MHD研究付诸东流)。我们采用了一种巧妙方法绕过该难题,实验首次即成功。1967年,我将该成果提交至华沙国际会议。但当时实验室恶劣的氛围迫使我离开,并转而投身天体物理学领域。我的学生Jean-Paul Caressa继承了这一研究课题,尽管他显然并未真正理解维利科夫电离不稳定性背后的微妙机制——而该机制正是实验成功的关键。他因此获得沃思顿奖,并后来成为梅多恩气动热力学实验室主任,继而担任法国普罗旺斯-阿尔卑斯-蓝色海岸地区CNRS区域主任。

这一研究项目最终的结局。

20世纪80年代中期,我成功引起了CNRS总干事Pierre Papon对该研究方向的兴趣。他给予支持,由其副手Michel Combarnous——工程物理科学部负责人——具体推进。当时我已在马赛天文台任职,但该地点并不适合开展此类实验。Combarnous为我们找到了合适的接收实验室——位于鲁昂的Valentin教授实验室。CNRS将资助部分经费,军方则承诺提供补充资金。然而,军方很快要求我完全脱离该项目,理由与科学无关。随着CNRS领导层更迭,Papon和Combarnous的支持也随之消失。Lebrun的资助用尽后,无人协助他继续研究工作。

鲁昂团队在MHD领域毫无经验(尽管拥有一个老旧的激波管),因而不断犯错。……