Manyetoaerodinamik

Magnetoaerodynamics (MAD) belirli bir alan manyetik hidrodinamik (MHD), bu nedenle, diğer adı MHD gazı . Amacı, kontrol etmektir gaz akışını tarafından elektromanyetik kuvvetler bilinen Lorentz kuvvetleri yapmak için atmosferik uçuş mümkün de hipersonik hızda .

Giriş

MAD veya MHD-gas, birkaç disiplinin kesişme noktasında bulunan bir bilimdir: akışkanlar mekaniği , aerodinamik , elektromanyetizma ve plazma fiziği .

Plazmanın fiziği MAD'in kalbindedir: hava bir yalıtkandır . Buna Lorentz kuvvetleri uygulamak için ve gaz hareket etmeye Bunlar için, bu hava öncelikle bir yapılmalıdır iletken arasında elektrik ile bunu iyonlaştırıcı (çeşitli yollarla elde edilebilir, hangi mikrodalga 3'te GHz , THT , elektron veya lazer ışınları , iyonlaştırıcı radyasyon ). İyonize bir gaza plazma denir .

Bu zayıf iyonize gazlar, bu durumda , yoğun manyetik alanların mevcudiyetine yerleştirilmiş soğuk plazmalardır . Bu etkileşimlerin incelenmesi, düşük manyetik Reynolds sayılı MHD denilen bir dalla ilgilidir (örneğin astrofizikte ve termonükleer plazmalarda , yüksek manyetik Reynolds sayısına sahip "sıcak plazma MHD" den daha az belgelenmiş ve temelde daha karmaşık ). Bu nedenle , bir MHD dönüştürücüde yüksek bir Hall parametresi altında (manyetik alan yoğun olduğunda) bir "çift sıcaklıklı plazma" , kontrol edilmesi zor olan elektrotermal kararsızlık olgusunun bölgesidir .

MHD-gazı, 1960'lardan 1970'lere kadar sanayileşmiş ülkelerde çok aktif araştırmalara konu oldu, ancak daha sonra bu elektrotermal dengesizlik veya taşınacak elektromıknatısların aşırı kütlesi gibi teknik engeller karşısında terk edildi ( Birleşik Devletler'de dikkate değer olanlar hariç) 1970'lerden beri dünyanın tek çalışan MHD gaz jeneratörüne sahip olan Devletler ve Rusya ).

Bu yeni ortaya çıkan teknolojinin yarattığı coşku, 1960'larda, olası havacılık uygulamalarıyla bağlantılı askeri araştırma ve geliştirme programlarının kökenindeydi: akış kontrolü, güç üretimi, vb. Bu çabalar, bu güne kadar düşük bir görünürlük seviyesini koruyor. Ancak, başından bu yana XXI inci  yüzyıl, malzeme ve magnetoaerodynamics bölümü plazmaları havacılık uygulamalarında sayısal karmaşık olayların simülasyonu, araştırma alanında başarılı teknik ilerleme sayesinde aktif birkaç içinde sürdürme vardır (itici uygulamalar sınırlı olmamak üzere) Rusya, Amerika Birleşik Devletleri, Çin, Japonya, Almanya ve Fransa da dahil olmak üzere ülkeler, ilgili mikroskobik ve makroskopik olayların gelişmiş modellemesine izin veren bilgisayar hesaplama sistemlerinin artan gücü ve giderek daha verimli olan süper iletken elektromıknatısların mevcudiyeti sayesinde .

Başvurular

MAD, atmosferik uçuş için süpersonik ve hipersonik hızlarda , öncelikle ses bariyerine ve ısı bariyerine karşı koruma sağlamak için çeşitli çözümler sunar . Bu teorik ve deneysel araştırma , İngilizce " MHD akış kontrolü " terimi altında gruplandırılmıştır ( yerelleştirilmiş MHD hızlanmaları veya frenleme ile gaz akışının aktif kontrolü ):

• MHD kalkanı  : uzay kapsüllerinin aşamalı olarak yavaşlaması ve atmosfere yeniden giriş sırasında duvarın ısınmaya karşı korunması .

• MHD enerji üretimi  : Bir MHD nozulu, bir uçağın aerobik tahrik sistemine entegre edilmiştir ve yanma odasından çıkan iyonize türlerin kinetik enerjisini (hızını) elektriğe dönüştürür. İyonize akış ses altı, ses üstü veya hipersonik olabilir. İçindeAralık 2006, General Atomics, süperstatoreaktör odasının çıkışında konumlandırılan ilk hipersonik MHD jeneratör göstericisini Mach 8'de test etti. Bu deney, ABD Hava Kuvvetleri tarafından 2001 yılında başlatılan HVEPS (Hipersonik Araç Elektrik Güç Sistemi) programı çerçevesinde gerçekleştirildi. Gösterici, hedefin 67 kat altında, maksimum 15 kW güç elde etmeyi mümkün kıldı. başlangıçta hedeflenen 1 MW olarak belirlenmiştir.

• MHD baypas ( MHD baypas ): Bir MHD jeneratörü, bir yanma (veya iyonizasyon) odası ve bir MHD hızlandırıcıdan oluşan aerobik tahrik sistemine entegre cihaz. Bir uçağın, MHD tarafından desteklenen geleneksel bir tahrik sisteminin itici gücü altında çok yüksek hızda gelişmesine izin verir. Bu tür bir cihaz üç aşamada çalışır. Başlangıçta, hava yavaş yavaş yavaşlatılır, sıkıştırılır ve jet motorlarının girişine kadar önceden ısıtılır (aynı zamanda MHD dönüşümü ile enerji üreten bir işlem ). Bu şekilde işlenen akış, yanma olayını basitleştirir (ikinci aşama). Üçüncüsü, yanma sonucu ortaya çıkan sıcak ve iyonize gazlar, nozul çıkışında yeniden hızlandırılır. Bu araştırma teması, Rus Ajax hipersonik uçak konseptinin ve astronotik alanında tersine çevrilebilir MHD karolarının geliştirilmesinin birçok karmaşık yönünden biridir .

• Dış akışların kontrolü  : MHD hızlanması veya hava ile temas halindeki bir uçağın yüzeyinin tamamı veya bir kısmında frenleme yoluyla şok dalgalarının, sürtünme, dümen ve dalga izlerinin azaltılması veya ortadan kaldırılması ( ıslak yüzey ).

• Dış akış zorlamalı tahrik  : gelecekteki havacılık araçları için ana itici güç olarak MHD itişinin kullanılması (çok güçlü bir enerji kaynağı gerektirir). Bu konuda ön çalışmalar fizikçi tarafından 1970 ve 1980'li yıllarda yapılan bkz Jean-Pierre Petit ait CNRS ( MHD aerodynes ) ve fizikçi tarafından 1980'li yılların başından itibaren Leik Myrabo ait RPI'daki ( MHD tümleşik hızlandırıcı ,) ayrıca lazer ve mikrodalga radyasyonu ile Lightcraft Projesi'nde yer aldı .

Ayrıca görün

İlgili Makaleler

• Laplace kuvveti
• Lorentz kuvveti
• Elektromanyetik güç
• MHD dönüştürücü
• MHD hızlandırıcı
• Manyetohidrodinamik
• Süper kavitasyon

Dış bağlantılar

• MHD, son teknoloji ve itici gaz uygulamasının ilk deneme deneyleri , Teknik Not n ° 19 / 0273CT / GEPAN, CNES ,17 Kasım 1981.
• Ağ "Soğuk plazmalar" arasında CNRS 2001 yılında yarattı.
• DMPH  : Fiziksel ölçümler departmanı arasında ONERA bulunan Palaiseau , hava iyonizasyon cihazları tasarlıyor.
• DAFE  : Chalais- Meudon'da bulunan ONERA'nın Temel ve Deneysel Aerodinamik Bölümü ,süpersonik akışlardaki plazmaların etkileşimlerini inceler.
• Licorn projesi: www.3d-spirit-paris.com

Notlar ve referanslar

1. İngiliz terimlerinin yanı sıra: MFD ( manyeto-akışkan-dinamiği ); MPD ( manyetoplazmadinamik ) veya hatta MGD ( manyetogaz dinamikleri ).
2. MHD "Arşivlenmiş kopya" ( İnternet Arşivi'nde 8 Kasım 2018 sürümü ) , Science & Vie , n ° 685, Ekim 1974 savaşını kazanmanın eşiğindeki Ruslar makalesini okuyun .
3. (in) Vyacheslav Chernyshev, "  MHD Elektrik Enerjisi Üretiminde Uluslararası İşbirliği  ", s.  42-53 , IAEA Bülteni , cilt. 20, n ° 1, Şubat 1978 [PDF] .
4. Örneğin, Haziran 2002'de Fransa, sinerji içinde çalışan yaklaşık kırk laboratuvarı bir araya getiren özel bir rekabet gücü kümesi oluşturarak, manyetik alan içermeyen soğuk plazmalar (2003'ten 2007'ye kadar ön çalışmalar) ve MAD (2008'den itibaren) becerilerini bir kez daha elde etti. Ulusal ölçekte bu yeniden yapılanma hakkında Air & Cosmos dergisinde yayınlanan makalelere bakın :
   • AD Szames, Fransa soğuk plazmaları tutuşturuyor , Air & Cosmos, n ° 1885, s. 16-17, 11 Nisan 2003.
   • MHD tahrik sistemi üzerine Fransız araştırması , Air & Cosmos, n ° 1886, s. 18-19, 18 Nisan 2003.
5. Atmosferik MHD'ye yeniden girişle ilgili NASA'nın ilk raporlarına bakın:
   • (en) AR Kantrowitz, Flight Magnetohydrodynamics, AVCO Research Report n ° 51, Mart 1959
   • (en) PO Jarvinen, Yüksek hızlı yeniden giriş sırasında manyetohidrodinamiğin kullanımı hakkında , NASA CR-206, AVCO Sözleşme Raporu, Nisan 1965
   ve bu konudaki son gelişmeler:
   • AD Szames, La Darpa bir MHD yeniden giriş göstericisi istiyor , Air & Cosmos, n ° 1904, s. 20-21, 19 Eylül 2003
   • AD Szames, MHD'nin yeniden girişi için Üç Darpa sözleşmesi , Air & Cosmos, n ° 1930, s. 40-41, 2 Nisan 2004
   • AD Szames, MHD Okula Dönüş: Avrupa'nın yanıtı , Air & Cosmos, n ° 1932, s. 32-39, 16 Nisan 2004
   • AD Szames, MHD'nin yeniden girişi: Mars savaşa hazırlanırken , Air & Cosmos, n ° 1974, s. 34-35, 11 Mart 2005
   • AD Szames, MHD Okula Dönüş: Avrupa kararlı , Air & Cosmos, n ° 1984, s. 40-41, 20 Mayıs 2005
6. Fransız ticaret basını, HVEPS programına ilişkin tüm ayrıntıları kamuoyuna açıklanmayan kısa bir genel bakış sundu.
   • AD Szames, Hypersonique: MHD ivme kazanıyor , Air & Cosmos, n ° 2081, s. 22-24, 8 Haziran 2007
   • AD Szames, MHD oluşturucu: hipersonik oyunun kurallarını neden değiştirdi , Air & Cosmos, n ° 2081, s. 24, 8 Haziran 2007
7. . Ajax projesiyle ilgili Fransızca popüler makalelere bakın  :
   • AD Szames, Bir muammanın araştırılması: hipersonik uçak Ajax , Air & Cosmos, n ° 1777, s. 22-24, Ocak 2001
   • AD Szames, İncelenen termokimyasal reaktörler , Air & Cosmos, n ° 1815, s. 14-15 Ekim 26, 2001
   • AD Szames, Egzotik yanma: plazma hipersoniği baştan çıkarıyor , Air & Cosmos, n ° 1829, s. 16-17, 8 Şubat 2002
   ve konuyla ilgili olarak eski Sovyetler Birliği'nde izlenen ipuçlarını ve aynı alanda Birleşik Devletler'de üstlenilen mühendislik çabalarını anlatan ilk yayınlardan bazıları:
   • (en) EP Gurijanov, PT Harsha, AJAX: Hipersonik Teknolojide Yeni Yönelimler , AIAA-1996-4609, 7. Havacılık ve Uzay Uçakları ve Hipersonik Teknoloji Toplantısı, 1996
   • (en) VA Bityurin, VA Zeigarnik, AL Kuranov, Havacılık uygulamalarında MHD teknolojisinin bir perspektifi üzerine , AIAA-1996-2355, Plasmadynamics and Lasers Conference, 27th, New Orleans, LA, 17-20 Haziran 1996
   • (en) VA Bityurin, JT Lineberry, VG Potebnia, VI Alferov, AL Kuranov, EG Sheikin, Assessment of Hypersonic MHD Concepts , AIAA-1997-2323, Plasmadynamics and Lasers Conference, 28th, Atlanta, GA, 23-25 ​​Haziran 1997
   • (en) VL Fraishtadt, AL Kuranov, EG Sheikin, MHD Sistemlerinin Hipersonik Uçaklarda Kullanımı , Teknik Fizik, Cilt. 43, n ° 11, s. 1309-1313, 1998
8. AD Szames, İlk tersine çevrilebilir MHD sistemine doğru , Air & Cosmos, n ° 1977, s. 24-25, 1 st Nisan 2005
9. Science & Vie n ° 702 "Arşivlenmiş kopya" ( İnternet Arşivi'nde 8 Kasım 2018 sürümü ) (1975) 'de yayınlanan makaleyi okuyun ; CRAS 1976