Recentemente, relatei sobre os planos chineses de lançar o Shenzhou-9 e usei uma imagem de um foguete Long March-2F decolando da plataforma de lançamento. Nafin queria saber qual era o padrão de diamante atrás do foguete e ivan3man_at_large postou a resposta: eles são chamados diamantes de choque.
Diamantes de choque? De alguma forma, esse termo passou por mim, então pensei em cavar mais um pouco.
Os diamantes de choque (também conhecidos como "discos de Mach") ocorrem quando o gás está saindo de um bico em velocidades supersônicas, a uma pressão diferente da atmosfera externa. Ao nível do mar, a pressão de exaustão pode ser menor que a atmosfera espessa. E então, em altitudes muito altas, a pressão de escape pode ser maior que a atmosfera fina.
Portanto, esses diamantes de choque podem aparecer exatamente quando um foguete está decolando ou em alta altitude quando ele muda para velocidade supersônica.
Um exemplo clássico é o ônibus espacial decolar, mas outro exemplo famoso é quando o avião X-1 de Chuck Yeager atingiu o Mach 1.
Vamos dar o exemplo de um foguete decolando. Nesse caso, a pressão de saída do exaustor é menor que a atmosfera externa e, portanto, você obtém uma situação chamada "superexpansão". O gás sai do foguete a uma pressão mais baixa e ventila para fora do bico de escape em um "ventilador de expansão". Mas a atmosfera externa é mais alta que os gases de escape e, portanto, os comprime para dentro. Essa diferença de pressão força o gás de volta em um ponto específico - o primeiro diamante de choque.
(Neste momento, pouparei todas as dinâmicas complexas de fluidos.)
Em seguida, o gás compensa e se expande novamente em um novo ventilador de expansão, e depois é forçado a voltar à mesma distância ao longo do foguete no próximo diamante de choque e assim por diante. Eventualmente, a distorção e o atrito atmosférico assumem o controle, equalizando a pressão da coluna de exaustão com a atmosfera ambiente.
Os diamantes de choque foram descobertos originalmente por Ernst Mach, o famoso cientista austríaco que trabalhou na dinâmica de fluidos.
Outra observação interessante: os diamantes de choque não são vistos apenas nos escapamentos de foguetes. Eles também foram vistos explodindo de vulcões e armas de artilharia
Existem dois excelentes artigos sobre diamantes Mach, se você realmente quiser entendê-los mais profundamente. Confira este artigo da Aerospace Web e este da Allstar Network.
