Šokovaný diamant - Shock diamond - Wikipedia

Nesmí být zaměňována s minerálem diamant.

Rázové diamanty jsou světlé oblasti vidět ve výfuku tohoto staticky namontovaného Pratt & Whitney J58 motor na plný výkon přídavné spalování, spálení poslední z SR-71 palivo před ukončením programu.

Šokovat diamanty (také známý jako Mach diamanty nebo přítlačné diamanty) jsou formací stojatá vlna vzory, které se objevují v nadzvukový výfukový oblak leteckého pohonného systému, jako je nadzvukový tryskový motor, raketa, ramjet nebo scramjet, pokud je provozován v atmosféře. „Diamanty“ jsou ve skutečnosti komplexní tokové pole zviditelněné náhlými změnami místní hustoty a tlaku, když výfuk prochází řadou stojatých rázové vlny a expanzní ventilátory. Mach diamanty jsou pojmenovány po Ernst Mach, fyzik, který je poprvé popsal.[1]:48

Mechanismus

Šokovat diamanty za a Lockheed SR-71 Blackbird.
Šokovat diamanty z F-16 vzlet s přídavným spalováním
Aerojet Rocketdyne RS-25 test motoru ve vesmírném středisku NASA Stennis Space Center
An F-22 Raptor s šokovými diamanty

Šokové diamanty se tvoří, když nadzvukový výfuk z a hnací tryska je mírně nadměrně rozšířen, což znamená, že statický tlak plynů vystupujících z trysky je menší než okolní tlak vzduchu. Vyšší tlak okolí stlačuje tok, a protože výsledný nárůst tlaku v proudu výfukových plynů je adiabatický, snížení rychlosti způsobí podstatné zvýšení jeho statické teploty.[2] Výfuk je obecně nadměrně expandován v malých výškách, kde je vyšší tlak vzduchu.

Když proud opouští trysku, bude tlak stlačovat okolní vzduch.[2] Externí komprese je způsobena šikmé rázové vlny nakloněný pod úhlem k proudu. Stlačený tok se střídavě rozšiřuje o Expanzní ventilátory Prandtl-Meyer, a každý „diamant“ je tvořen spárováním šikmého šoku s expanzním ventilátorem. Když se stlačený tok stane rovnoběžným se středovou osou, vytvoří se rázová vlna kolmá na tok, nazývaná a normální rázová vlna nebo Machův disk. Zde se nachází první rázový diamant a prostor mezi ním a tryskou se nazývá „zóna ticha“.[3] Vzdálenost od trysky k prvnímu rázovému diamantu lze odhadnout o

kde X je vzdálenost, D0 je průměr trysky, P0 je průtokový tlak a P1 je atmosférický tlak.[3]

Jak výfuk prochází normální rázovou vlnou, jeho teplota se zvyšuje, zapaluje přebytečné palivo a způsobuje záři, která zviditelňuje rázové diamanty.[2] Osvětlené oblasti se buď zobrazují jako disky, nebo diamanty a dal jim své jméno.

Průtok se nakonec dostatečně roztáhne, takže jeho tlak je opět pod okolní teplotou, kdy se expanzní ventilátor odráží od kontaktní diskontinuity (vnější hrana toku). Odražené vlny, nazývané kompresní ventilátor, způsobují stlačování toku.[2] Pokud je kompresní ventilátor dostatečně silný, vytvoří se další šikmá rázová vlna, která vytvoří druhý Machův disk a rázový diamant. Vzor disků a diamantů by se neomezeně opakoval, pokud by plyny byly ideální a bez tření;[2] nicméně, turbulentní střih na diskontinuitě kontaktu způsobí, že se vlnová struktura rozptýlí se vzdáleností.[4]

Podobně se mohou tvořit diamantové vzory, když je tryska nedostatečně expandována (výstupní tlak vyšší než okolní), při nižším atmosférickém tlaku ve vyšších nadmořských výškách. V tomto případě se nejprve vytvoří expanzní ventilátor, po kterém následuje šikmý šok.[2]

Alternativní zdroje

Šokovat diamanty pod Masten Space Systems Xoie raketa během Výzva Lunar Lander soutěžní přistání.

Šokové diamanty jsou nejčastěji spojovány s tryskovým a raketovým pohonem, ale mohou se tvořit i v jiných systémech.

Odpady potrubí zemního plynu

Šokující diamanty lze vidět během odkalování plynovodu, protože plyn je pod vysokým tlakem a při extrémních rychlostech opouští odkalovací ventil.[Citace je zapotřebí ]

Dělostřelectvo

Když jsou vypalovány dělostřelecké zbraně, plyn vystupuje z ústí hlavně nadzvukovou rychlostí a vytváří řadu rázových diamantů. Diamanty způsobují jas záblesk tlamy což může nepříteli vystavit umístění zbraní. Bylo zjištěno, že když je poměr mezi průtokovým tlakem a atmosférickým tlakem blízký, rázové diamanty byly výrazně minimalizovány. Přidání a úsťová brzda na konci tlamy vyrovnává tlaky a zabraňuje rázovým diamantům.[1]:41

Rozhlasové trysky

Nějaký rádiové trysky, silné proudy plazmy, které vyzařují z kvasary a rádiové galaxie, jsou pozorovány pravidelně rozložené uzly se zvýšenými rádiovými emisemi.[1]:68 Trysky cestují nadzvukovou rychlostí tenkou „atmosférou“ plynu ve vesmíru,[1]:51 předpokládá se tedy, že tyto uzly jsou šokové diamanty.[Citace je zapotřebí ]

Viz také

Poznámky

  1. ^ A b C d Michael L. Norman; Karl-Heinz A. Winkler (červenec 1985). „Nadzvukové trysky“. Věda Los Alamos. 12: 38–71.
  2. ^ A b C d E F Scott, Jeff (17. dubna 2005). „Shock Diamonds and Mach Disks“. Aerospaceweb.org. Citováno 6. listopadu 2011.
  3. ^ A b Niessen, Wilfried M. A. (1999). Kapalinová chromatografie - hmotnostní spektrometrie. 79. CRC Press. p. 84. ISBN  978-0-8247-1936-4.
  4. ^ „Diamantový vzor výfukových plynů“. Florida International University. 12. března 2004. Citováno 6. listopadu 2011.

externí odkazy