Суперқадамды газ шығарылымындағы толқынды суреттер
Shock diamond
Суперүндемелі қозғалтқыштардың шығарынды газындағы «ұштық алмастар» – қысым мен тығыздық өзгерісінен туындайтын толқынды құбылыс. Мах алмастары, физикалық құбылыс.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Суперсоник шығарынды қаусынында көрінетін толқын үлгісі
Visible wave pattern in a supersonic exhaust plume
Шоқ алмастар (сондай-ақ Мах алмастары немесе итеру алмастары деп те аталады) – атмосферада жұмыс істегенде, әуе кеңістігіндегі қозғалтқыш жүйесінің суперсоник шығарынды қаусынында пайда болатын тұрақты толқын үлгілерінің түзілуі. Мұндай жүйелерге суперсоник реактивтік қозғалтқыштар, зымырандар, рамжеттер немесе скрамжеттер жатады. "Алмаздар" – бұл шын мәнінде күрделі ағын өрісі, ол шығарынды газ тік соққы толқындары мен кеңею ағындарының тізбегінен өтетін кезде жергілікті тығыздық пен қысымның күрт өзгеруінен көрінеді. Физик Эрнст Мах сұйықтық ағыны бағытына перпендикуляр күшті соққыны алғаш рет сипаттаған, оның болуы осы алмаз үлгісінің пайда болуына себеп болады.
Shock diamonds (also known as Mach diamonds or thrust diamonds) are a formation of standing wave patterns that appear in the supersonic exhaust plume of an aerospace propulsion system, such as a supersonic jet engine, rocket, ramjet, or scramjet, when it is operated in an atmosphere. The "diamonds" are actually a complex flow field made visible by abrupt changes in local density and pressure as the exhaust passes through a series of standing shock waves and expansion fans. The physicist Ernst Mach was the first to describe a strong shock normal to the direction of fluid flow, the presence of which causes the diamond pattern.
Механизм
Шок алмастары, итеркіш соплодан шыққан дыбыс жылдамдығынан асып түсетін газ ағынының шамадан тыс кеңеюі кезінде пайда болады, яғни соплодан шығатын газдардың статикалық қысымы, қоршаған ауа қысымынан төмен болады. Жоғары қоршаған орта қысымы ағынды қысады, ал газ ағынындағы қысымның артуы адиабатикалық болғандықтан, жылдамдықтың төмендеуі оның статикалық температурасын айтарлықтай жоғарылатады. Төмен биіктікте, ауа қысымы жоғары болғандықтан, газ ағыны көбінесе шамадан тыс кеңейеді. Ағын соплодан шыққанда, қоршаған ауа қысымы оны қысады. Газ қалыпты соққы толқынынан өткенде температурасы артып, артық отынды тұтандырады, нәтижесінде шок алмастарын көрінетіндей ететін жарқырау пайда болады. Алмаз тәрізді пішіндер сопло жеткілікті кеңеймеген кезде де (шығу қысымы қоршаған қысымнан жоғары), жоғары биіктіктегі төмен атмосфералық қысымда қалыптасуы мүмкін. Бұл жағдайда алдымен кеңею толқыны пайда болады, одан кейін көлденең соққы туады.
Shock diamonds form when the supersonic exhaust from a propelling nozzle is slightly over expanded, meaning that the static pressure of the gases exiting the nozzle is less than the ambient air pressure. The higher ambient pressure compresses the flow, and since the resulting pressure increase in the exhaust gas stream is adiabatic, a reduction in velocity causes its static temperature to be substantially increased. The exhaust is generally over expanded at low altitudes, where air pressure is higher. As the flow exits the nozzle, ambient air pressure will compress the flow. As the exhaust passes through the normal shock wave, its temperature increases, igniting excess fuel and causing the glow that makes the shock diamonds visible. Diamond patterns can similarly form when a nozzle is under expanded (exit pressure higher than ambient), in lower atmospheric pressure at higher altitudes. In this case, the expansion fan is first to form, followed by the oblique shock.