Niedawno informowałem o chińskich planach wystrzelenia Shenzhou-9 i wykorzystałem zdjęcie z rakiety z długiego marca 2F wystrzeliwującej z lądowiska. Nafin chciał wiedzieć, jaki jest ten wzór diamentu za rakietą, a ivan3man_at_large opublikował odpowiedź: nazywają się diamenty uderzeniowe.
Szokujące diamenty? Ten termin jakoś mi się wymknął, więc pomyślałem, że jeszcze go zagłębię.
Diamenty uderzeniowe (znane również jako „dyski Macha”) występują, gdy gaz opuszcza dyszę z prędkością naddźwiękową, pod innym ciśnieniem niż atmosfera zewnętrzna. Na poziomie morza ciśnienie spalin może być niższe niż w gęstej atmosferze. A następnie na bardzo dużych wysokościach ciśnienie spalin może być wyższe niż w cienkiej atmosferze.
Tak więc te diamenty uderzeniowe mogą pojawiać się w momencie startu rakiety lub na dużej wysokości, gdy zmienia się w prędkość naddźwiękową.
Klasycznym przykładem jest wystrzelenie promu kosmicznego, ale innym znanym przykładem jest moment, gdy samolot rakietowy X-1 Chucka Yeagera osiągnął Mach 1.
Weźmy przykład wystrzelenia rakiety. W takim przypadku ciśnienie wylotowe spalin jest niższe niż atmosfera zewnętrzna, a więc występuje sytuacja zwana „nadmierną ekspansją”. Gaz opuszcza rakietę pod niższym ciśnieniem, a wentylatory na zewnątrz z dyszy wylotowej w „wentylatorze rozprężnym”. Ale atmosfera zewnętrzna ma wyższe ciśnienie niż gazy spalinowe, a zatem ściska je do wewnątrz. Ta różnica ciśnień zmusza gaz z powrotem do siebie w określonym punkcie - pierwszym diamentie uderzeniowym.
(W tym momencie oszczędzę Ci całej złożonej dynamiki płynów).
Następnie gaz kompensuje się i ponownie rozszerza w nowy wentylator rozprężny, a następnie jest zmuszany z powrotem do siebie w tej samej odległości dalej od rakiety przy następnym uderzeniu diamentu i tak dalej. Ostatecznie zniekształcenie atmosferyczne i tarcie przejmują, wyrównując ciśnienie smugi spalinowej z atmosferą otoczenia.
Diamenty uderzeniowe zostały pierwotnie odkryte przez Ernsta Macha, słynnego austriackiego naukowca, który pracował nad dynamiką płynów.
Inna ciekawa uwaga: diamenty uderzeniowe nie są widoczne tylko w wydechach rakiet. Widziano także, jak wybuchają z wulkanów i dział artyleryjskich
Istnieją dwa świetne artykuły na temat diamentów Macha, jeśli naprawdę chcesz je głębiej zrozumieć. Sprawdź ten artykuł z Aerospace Web i ten z Allstar Network.
