Nedávno jsem informoval o čínských plánech vypustit Shenzhou-9 a použil jsem zásobní snímek rakety Long March-2F, který vystřelil z odpalovacího kotouče. Nafin chtěl vědět, co ten kosočtvercový vzorec za raketou byl, a odpověď ivan3man_at_large zveřejnila odpověď: volají se rázové diamanty.
Rázové diamanty? Tenhle termín mi nějak proklouzl, takže jsem si myslel, že se do toho ještě trochu vrhnu.
Šokové diamanty (alternativně známé jako „Machovy disky“) se vyskytují, když plyn opouští trysku nadzvukovou rychlostí, při jiném tlaku než je vnější atmosféra. Na hladině moře může být tlak výfukových plynů nižší než hustá atmosféra. A pak ve velmi vysokých nadmořských výškách může být tlak výfukových plynů vyšší než tenká atmosféra.
Tyto šokové diamanty se tedy mohou objevit stejně jako vzlétající raketa, nebo ve vysokých nadmořských výškách, když se mění na nadzvukovou rychlost.
Klasickým příkladem je odpálení raketoplánu, ale dalším slavným příkladem je, když raketové letadlo X-1 Chuck Yeager dosáhlo Mach 1.
Vezměme si příklad odpálení rakety. V tomto případě je výstupní tlak výfukového plynu nižší než vnější atmosféra, takže se dostanete do situace zvané „nadměrný výdech“. Plyn opouští raketu při nižším tlaku a ventilátory ven z výfukové trysky v „expanzním ventilátoru“. Ale vnější atmosféra je vyšší tlak než výfukové plyny, a tak ji stlačuje dovnitř. Tento rozdíl tlaku tlačí plyn zpět k sobě v určitém bodě - první rázový diamant.
(V tomto bodě vám ušetřím veškerou komplexní dynamiku tekutin.)
Pak plyn kompenzuje a expanduje znovu do nového expanzního ventilátoru a potom je nucen zpět dohromady stejnou vzdálenost dále od rakety u dalšího rázového diamantu atd. A tak dále. Nakonec přebírá atmosférické zkreslení a tření, což vyrovnává tlak výfukového plynu s okolní atmosférou.
Šokové diamanty byly původně objeveny slavným rakouským vědcem Ernstem Machem, který pracoval na dynamice tekutin.
Ještě jedna zajímavá vedlejší poznámka, šokové diamanty se u raketových výfuků nevidí. Byli také viděni, jak stříleli ze sopek a dělostřeleckých děl
Existují dva skvělé články o Machových diamantech, pokud je opravdu chcete pochopit hlouběji. Podívejte se na tento článek z Aerospace Web a tento článek z Allstar Network.
