Geçenlerde Çin'in Shenzhou-9'u fırlatma planlarını rapor ettim ve fırlatma rampasından çıkan Uzun Mart-2F roketinin stok görüntüsünü kullandım. Nafin, roketin arkasındaki elmas deseninin ne olduğunu bilmek istedi ve ivan3man_at_large cevabı gönderdi: şok elmas.
Elmasları mı şok ettiniz? Bu terim bir şekilde beni geçti, bu yüzden biraz daha kazacağımı düşündüm.
Şok elmasları (alternatif olarak "Mach diskleri" olarak bilinir), gaz, süpersonik hızlarda, dış atmosferden farklı bir basınçta bir memeden çıktığında meydana gelir. Deniz seviyesinde, egzoz basıncı kalın atmosferden daha düşük olabilir. Ve sonra çok yüksek irtifalarda, egzoz basıncı ince atmosferden daha yüksek olabilir.
Böylece bu şok elmasları bir roket kalkarken veya süpersonik hıza geçtiğinde yüksek irtifada görünebilir.
Klasik bir örnek uzay mekiğinin patlamasıdır, ancak bir başka ünlü örnek de Chuck Yeager’ın X-1 roket uçağının Mach 1'e ulaşmasıdır.
Patlayan bir roket örneğini ele alalım. Bu durumda, egzozun çıkış basıncı dış atmosferden daha düşüktür ve böylece “aşırı genişleme” adı verilen bir durum elde edersiniz. Gaz roketten daha düşük bir basınçta çıkar ve bir “genleşme fanı” nda egzoz nozulundan dışarı doğru fanlar çıkar. Ancak dış atmosfer egzoz gazından daha yüksek basınçtır ve bu yüzden onu içeri doğru sıkıştırır. Basınçtaki bu fark, gazı belirli bir noktada - ilk şok elması - tekrar bir araya getirir.
(Bu noktada size tüm karmaşık sıvı dinamiklerini yedekleyeceğim.)
Ardından gaz yeniden dengelenir ve yeni bir genleşme fanına doğru genişler ve daha sonra aynı mesafeyi bir sonraki şok elmasındaki roketle birlikte daha da geriye doğru zorlar ve bu şekilde devam eder. Sonunda atmosferik bozulma ve sürtünme devralarak egzoz tüyünün basıncını ortam atmosferi ile eşitler.
Şok elmaslar başlangıçta sıvı dinamikleri üzerinde çalışan ünlü Avusturyalı bilim adamı Ernst Mach tarafından keşfedildi.
Bir başka ilginç not, şok elmasları sadece roket egzozlarında görülmüyor. Ayrıca volkanlardan ve topçu silahlarından patlarken de görüldü
Gerçekten daha derinden anlamak istiyorsanız Mach elmaslarında iki harika makale var. Bu makaleyi Aerospace Web'den ve bu makaleyi Allstar Ağı'ndan inceleyin.
