第1495章 霍爾效應

“第一輪測試開始,來流馬赫數1.5、迎角+5°、磁相互作用數0.29、持續100毫秒……”

“……”

常浩南的目光緊盯着主屏幕上跳動的數據流,聲音通過擴音器傳遍整個風洞實驗室。

隨着指令下達,風洞外部傳來低沉的轟鳴,如同遠方滾動的雷聲,壓縮空氣以突破音障的速度通過測試段,在監控畫面上形成一片依稀可見的乳白色湍流。

凌霄-1改修長的銀色軀體在高速氣流中發出微弱的高頻震顫,表面覆蓋的蜂巢狀強化陶瓷隔熱瓦在強光照射下泛着冷冽的金屬光澤。

“來流速度穩定,M1.52,總溫530K,來流壓力5.2kPa。”

李敏快速報出讀數,聲音因緊張而略微發顫。

在她面前的幾塊顯示屏上,實時顯示着從近百個傳感器傳回的數據流,這位年輕的女工程師手指在鍵盤上飛舞,不斷調整着顯示在前方大屏幕上的採集參數,額前的碎髮已經被汗水浸溼。

與此同時,控制室內十幾雙眼睛同時聚焦在最前面。

第一組數據很快出現:氣體電導率3.57mho/m,出口壓力2.52Mpa,溫度620K……

這些數字依序顯示在巨大的液晶屏幕上,被自動記錄進實驗數據庫的同時,也由專人在控制室後方的物理記錄板上被同步更新——這是常浩南堅持保留的習慣,他認爲物理介質,比如白板和紙質書籍在需要激發靈感的時候比電子設備更加有效。

“沒有檢測到電勢差。”

負責監控電極的工程師王睿略顯失望地報告,他推了推鼻樑上的眼鏡,再次確認了示波器上的平坦波形。

“意料之中。”刑牧春拍了拍他的肩膀以示安心:“這個速度下電離程度太低了,連電離種子都還沒完全活化。”

常浩南也跟着補充道:“而且,電導率數據比我們的預估要好,是個不錯的徵兆。”

說話過程中,目光全程沒有離開屏幕。

他注意到進氣道第三斜面上的壓力分佈與數值模擬結果高度吻合,這說明新設計的激波控制系統工作正常:“備份數據,準備第二輪測試,馬赫數3.0。”

他下達指令的聲音平靜,彷彿早已預見到了剛纔的結果。

風洞第二次啓動,而這次點火之後,明顯能感覺到轟鳴聲變得更強,似乎氣體管路都連帶着開始微微震動。

主屏幕上,應力曲線開始爬升,但仍在安全範圍內。

在監控畫面中,可以清晰看到進氣道前緣產生的弓形激波,像一道透明的屏障將超音速氣流分割開來。

只不過,相比之前,如今的發動機表面還蒙上了一層若隱若現的輝光。

“氣體電導率9.85mho/m。”

這個數字比理論預測高出了12%,已經非常接近產生可測量的霍爾電流了。

“燃燒室參數?”常浩南問道,同時示意操作員放大燃燒室內部的實時紅外圖像。

“出口壓力2.83M[a,溫度920K。”李敏迅速回答,她的眼睛在多個顯示屏之間快速切換,“還是沒檢測到發電,但等離子體發光強度增加了。”說指着屏幕上燃燒室內部隱約可見的淡紫色光暈。

刑牧春走到常浩南身邊:“電導率增長曲線比我們預想中要好,看來新設計的電離種子霧化系統確實有效。”

常浩南輕輕點頭,目光掃過結構應力監測數據。

凌霄-1改只是個用於臨時測試的技術驗證機,因此並未對原本凌霄-1的結構進行大面積修改,只是單純外接了兩個與MHD有關的結構。

將近20:1的長徑比,外面還只有一個安裝架提供支撐,難免會影響到結構強度。

好在冗餘度留得夠高,所有數值都還處在綠色的安全區間內。

“準備第三輪,馬赫數4.5。”他轉向整個團隊,“這次我們要重點關注電極間的電勢差和電流波形,採樣率提高到1kHz。”

每秒1000次採樣說起來好像非常密集,但考慮到整個測試過程只有0.1秒,相當於不過100個數據點而已。

在特定角度的光照下,可以看到凌霄-1改的機體表面泛出細微的波紋狀變形——這是壓電作動器正在主動抑制結構振動。

“激波位置穩定,進氣道工作正常。”李敏緊盯着屏幕,儘量壓制着提高嗓音的本能,“氣體電導率21.57 mho/m,已經達到理論預測的MHD啓動閾值!”

控制室內突然安靜下來,所有人都屏住了呼吸。

0.1秒的測試不過一眨眼的時間就能完成,但後續的數據採集與分析過程卻還需要一段時間。

漫長的幾秒鐘過去,在數據採集系統的主界面上,代表電極間電勢差的曲線卻仍然是一條平直的綠線。

只有眼力非常突出的人才能發現,基線附近已經開始出現微小的毛刺。

李敏覺得自己握住鼠標的右手已經開始冒汗。

“常院士,要不要等這次測試之後安排一次檢查?”

這個問題毫無徵兆,以至於有點像是在轉移自己的注意力:

“我是說,會不會是主動振動抑制系統對結果產生了影響?”

結果就在這時,一個新的綠色指示燈突然亮起,伴隨着清脆的嘀嘀聲。“電極兩端檢測到電勢差!”王睿幾乎從座位上跳起來,眼鏡因爲劇烈動作而滑到鼻尖,又在下一個瞬間被推了回去,“±150V!感應電流12.5A。”

他的聲音有些變形,好在仍然維持着清晰。

控制室內爆發出被刻意壓低的歡呼,但常浩南很快擡手示意大家安靜:

“焓提取率和發電效率?”

李敏早就把自己剛纔的提問拋之腦後,飛快地計算之後回答道:

“0.08%和11.6%。”她的眼睛發亮,“雖然不高,但證明了原理可行!”

隨後又調出能量平衡圖表,“看這個,MHD通道吸收了約0.3%的來流動能,這部分能量損失反而使進氣道激波系更加穩定了。”

她沒有再說更多,但很明顯,這個結果跟之前常浩南的設計高度吻合。

“繼續測試,馬赫數6.0。”後者停頓了一下,“不過在那之前,先給支撐架做個全面檢查,特別是前緣固定點。”

接下來的幾個小時裡,團隊一鼓作氣完成了馬赫數6.0、7.5、9.0和10.5的四組測試。

隨着速度的提升,風洞轟鳴聲越來越像野獸的咆哮,控制室內的溫度也因設備滿負荷運轉而逐漸升高。

技術人員不得不打開備用空調,但冷氣很快就被電子設備散發的熱量抵消。

“馬赫數6.0,氣體電導率58.34 mho/m……焓提取率0.31%,發電效率14.2%……”顯示屏上,代表等離子體密度的等高線圖已經變成了鮮豔的紅色。

“馬赫數7.5,氣體電導率89.72 mho/m……焓提取率0.53%,發電效率15.7%……”這次是刑牧春在報數據,他站在李敏身後,手裡拿着一杯已經涼了的濃茶,“發電通道推力達到147N,開始對整體氣動特性產生可測量的影響。”

所有人都喜上眉梢,似乎已經做好了迎接最後成功的準備。

然而,所有人都沒能料到的異變發生——

當測試來到馬赫數9.0時,情況開始變得奇怪。

“氣體電導率147.65 mho/m,但是……”李敏皺起眉頭,她反覆覈對着數據,“焓提取率0.55%,發電效率14.9%……這不大對勁,電導率接近翻倍,但發電功率只增加了不到5%。”

刑牧春立即察覺異常:“發電效率開始下降了?”

他快步走到主控臺前,調出前幾次測試的數據對比圖:“看這個趨勢,超過M7.5後,效率增長就開始放緩。”

常浩南的目光在幾組數據間快速切換,他注意到了一些更細微的變化,只是僅靠一組數據無法總結成規律。

他轉向操作員,“繼續,馬赫數10.5,但密切監控相關安全參數,隨時準備中止測試。”

最高速度測試的結果更加令人不解。

在監控畫面上,可以看到“凌霄-1改”表面有幾處隔熱瓦開始脫落,在高速氣流中瞬間化爲無數閃亮的碎片。

“氣體電導率飆升至215.43 mho/m,但發電功率幾乎停滯不前。”李敏的聲音中充滿困惑,“……焓提取率0.57%,還在保持升高,但發電效率驟降到了12.3%。”

刑牧春搖頭,調出不同截面的電流密度分佈圖:“電導率差不多是呈指數增長,但發電功率卻停滯了……肯定有什麼我們沒考慮到的重要因素在起作用。”

常浩南沉思片刻,他的目光在結構監測數據和性能曲線之間來回移動:“先做幾組中間速度的測試,馬赫數8.0、8.5、9.5和10.0。”他轉向團隊,“我們需要更精確地定位這個效率下降的拐點。”

隨着更多數據的積累,異常趨勢越發明顯。當馬赫數超過8.5後,儘管氣體電導率持續飆升,但發電效率和推力都開始緩慢下降。最令人費解的是,這種下降並非線性,而是在某個狹窄的速度區間內突然發生。

“見鬼,這完全不符合理論模型。”王睿抓着自己已經亂成鳥窩的頭髮,“按照計算,MHD發電功率應該與電導率和速度平方成正比才對。”

這位年輕工程師自從加入力學所之後就跟着常浩南和姜宗霖一起工作,一路順風的同時也少了很多科研過程中所必須的失敗磨鍊。

“我有個想法。”刑牧春突然用手指敲了下桌子,“凌霄-1的直徑太小了,只有0.5米。在這樣的尺度下,除了軸向以外,徑向的端部效應也會變得非常明顯。”

說話間,他起身來到那塊白板旁邊,在上面畫了一個簡單的示意圖:

“可能會產生半迴路的返回路徑電流,從而干擾到MHD發電機的工作。”

在第一個人提出設想之後,衆人的思考便有了方向。

“理論上說得通。”常浩南最先給出反饋,“但定量層面還差點意思……”

隨後,又是一陣沉默。

幾分鐘後,他終於再一次有所行動——

調出測試日誌,並在電腦上快速繪製出了MHD發電機流道縱截面上的電場線分佈圖。

當圖像顯示在大屏幕上時,所有人都看清楚了:

電流線明顯向下遊偏轉並向中心收縮,形成一種螺旋狀的扭曲模式。

“霍爾效應!”李敏率先捕捉到其中的關鍵。

“沒錯。”常浩南緩步來到屏幕前,指着那些扭曲的場線,“而且摻雜了端部效應造成的返回路徑電流影響。”

緊接着,他用激光筆在屏幕上劃出一道軌跡:

“看這裡,電流線在靠近壁面處發生偏轉,這不僅會讓有效發電區域減小,還會導致等離子體在通道內形成旋轉流動,進一步降低發電效率。”

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