Kartais kylantys reaktyviniai naikintuvai po savęs palieka ilgą švytintį dujų šleifą. Ir jame kartais matomi ryškūs šviečiantys kamuoliai, išsidėstę tvarkingai vienodais tarpais. Kas tai?
Šį klausimą uždavė Nodum.lt skaitytojas. Jei ir Jūs turite su technika ar daiktais susijusių klausimų, galite juos siųsti į Nodum.lt Facebook puslapį ar elektroniniu paštu info@nodum.lt. Nodum.lt skaitytojas tuos šviečiančius kamuolius už naikintuvo ar raketos pavadino karoliais, todėl ir šiame straipsnyje jie taip vadinami. Tačiau, aišku, tai nėra techninis terminas.
Beje, ar žinote, kodėl kai kurie naikintuvai turi 2, kiti – 1 žmogaus įgulas? O kodėl karinių lėktuvų prototipai dažnai dažomi baltai?
Techniškai, tai – Macho rombai, pavadinti austrų fiziko Ernsto Macho vardu. Machas taip pat yra greičio matavimo vienetas, nurodantis kokio nors judančio objekto ar srauto greičio santykį su garso greičiu. Machais įprastai apibūdinamas garsą viršijantis greitis. Pavyzdžiui, F-22 Raptor naikintuvas didesniame aukštyje gali skristi 2,25 Machų greičiu – 2,25 kartus greičiau už garsą. Ir F-22 kartais pasipuošia ilga Macho rombų uodega:
F-22 neabejotinai yra pažangiausias, technologiškai įspūdingiausias naikintuvas pasaulyje. Tačiau Macho karoliais dabinasi ir gerokai senesni, populiaresni orlaiviai.
Pavyzdžiui, F-16 Fighting Falcon – amerikietiškas naikintuvas, netyčia pirmam skrydžiui pakilęs 1974 metais:
Kaip matysite kitose straipsnio iliustracijose, Macho rombai matomi už įvairių orlaivių variklių. Tačiau tie orlaiviai ne visada tempia tokius švytinčius karolius – jiems susidaryti reikia specifinių sąlygų, apie kurias šiame straipsnyje ir paskaitysite.
Svarbu – šio straipsnio tikslas yra tik bendrai nusakyti Macho rombų susidarymo mechanizmą. Mokslininkai, įskaitant minėtą Ersntą Machą, kurį laiką tyrinėjo šį fenomeną ir jį aiškino ilgais moksliniais straipsniais su formulėmis ir diagramomis. Kadangi nei Nodum.lt autorius, nei dauguma svetainės skaitytojų nėra aukšto lygio aerodinamikos, termodinamikos ar kitų fizikos šakų specialistai, čia Macho rombų susidarymas aiškinamas labai paviršutiniškai – taip, kad visi suprastų. Jei naudosite šį straipsnį kaip šaltinį rašto darbams, patys kalti.
Kaip susidaro Macho karoliai?
Kadangi jau susitarėme, kad nesame fizikai, Macho rombų klausimą išskaidykime į tris dalis:
- Kodėl lėktuvai tik kartais turi tą šviečiančią kometos uodegą?
- Kodėl joje susidaro Macho karoliai?
- Kodėl Macho rombus skiria tokie tvarkingi, gražūs tarpai?
Į pirmąjį klausimą atsakyti lengviausia – kai kurie lėktuvai (pagrinde viršgarsiniai) turi forsavimo kameras, kurios padeda jiems pakilti ar įsibėgėti. Į forsavimo kamerą, kuri yra už variklio turbinos, purškiami degalai ir taip, vaizdžiai tariant, uždegamos išmetamosios dujos, kurios tuomet su didesne jėga šauna laukan ir padeda orlaiviui pagreitėti. Taip lėktuvas gauna galingą papildomą postūmį, kad greičiau pakiltų ar, pavyzdžiui, paspruktų nuo priešo raketų. Paprasti komerciniai lėktuvai, tokie kaip Boeing 737 ar Airbus A320, forsavimų kamerų neturi ir jų jiems nereikia, bet viršgarsinis laineris Concorde turėjo ir bent jau nakties dangų pažymėdavo keturiomis ryškiai šviečiančiomis kometos uodegomis.
Antrasis klausimas yra daug sudėtingesnis – kaip susidaro Macho rombai? Macho rombai – tai švytinčiame išmetamųjų dujų sraute matomi taškai, susidarantys dėl besikeičiančio slėgio, tankio ir temperatūros. Lėktuvo išmetamųjų dujų srautas gali būti labai greitas ir labai išsiplėtęs – netgi taip, kad jo statinis slėgis yra žemesnis už jį supančios atmosferos slėgį. Didesnis atmosferos slėgis dėl to spaudžia tą žemesnio slėgio srautą, ko pasėkoje tas šviečiantis dujų šleifas už orlaivio pastebimai siaurėja.
Dėl to išorinio suslėgimo išmetamųjų dujų sraute susidaro karštesni, tankesni taškai, kuriuos ir matome kaip Macho karolius. Paprastai sakant, atmosferos slėgis suspaudžia išmetamąsias dujas, dėl ko jos tankėja, kaista, o tada vėl plečiasi (fizikoje jų išsiplėtimas aiškinamas per Prandtlo-Meyerio ventiliatorių, bet šiuo atveju mums tai nėra svarbu). Iš mūsų perspektyvos tai atrodo kaip tankesnių, karštesnių taškų kaitaliojimasis su vėsesniais ir retesniais taškais. Tai vyksta mažesniame aukštyje – ten, kur atmosferos ir išmetamųjų dujų srauto slėgių skirtumas yra didžiausias. Tiesa, panašus procesas gali pasikartoti ir didesniame aukštyje, bet tų Macho karolių žmonės įprastai nemato.
Galiausiai, lieka atsakyti į klausimą – kodėl Macho karoliai išsidėsto taip tvarkingai? Atrodo, kad jie išlaiko vienodus tarpus ir atstumą iki orlaivio. Klausimas yra išties įdomus, nes jei didesnis atmosferos slėgis tiesiog gniuždo išsiplėtusias išmetamąsias dujas, kodėl nesusidaro tiesiog vienas didelis Macho rombas? Macho karolius tvarkingais gražiais tarpais išdėsto tai, ką labai nemoksliškai galime pavadinti oro raibuliais.
Įmetę akmenuką į upę matote, kaip iš tos vietos išsiplečia daugybė raibulių žiedų, kurie gražiai nubanguoja per visą paviršių. Ir pakankamai tvarkingais tarpais, tiesa? Kaip laivai kuria raibulius vandenyje, greičiau už garsą judantys objektai juos kuria ore. Aišku, tie oro raibuliai, vadinami įstrižomis bangomis, plika akimi yra nematomi, bet juos įmanoma nufotografuoti naudojant specialias priemones.
Tie raibuliai – tai banguojančios didesnio ir žemesnio slėgio zonos. Macho rombai susidaro didesnio slėgio bangelėse, nes jos labiau spaudžia tą žemo statinio slėgio išmetamųjų dujų srautą. Be to, tų raibulių kampas kartu yra tai, kas nulemia Macho karolių formą – būtent dėl to jie dažnai yra rombo formos. Tiesa, ne visada – kartais jie atrodo labiau apvalūs, todėl skaitytojo pasiūlytas terminas karoliai yra gana tikslus.
Tačiau, reikia pasakyti, judantis orlaivis nėra būtinas Macho rombų susiformavimui. Toli gražu – karolius ore uždega ir, pavyzdžiui, stacionariuose bandymų stenduose įtvirtinti reaktyviniai varikliai ar ore pakibę kosminių zondų prototipai. Oro raibulius kuria pats išmetamųjų dujų srautas, kuris yra labai greitas.
Taigi, Macho karoliai yra tarsi dujinė spyruoklė – ji tai susispaudžia, nušvisdama matomu ugnies kamuoliu, tai išsiplečia ir prigęsta, ir taip pulsuoja, kol netenka energijos. Viskas prasideda dėl to, kad išmetamosios dujos yra labai išsiplėtusios – slėgis jų sraute yra žemesnis nei atmosferoje, kuri jį supa. Todėl atmosfera tą srautą mikliai suspaudžia, jis įkaista ir iš karto vėl plečia – šis ciklas kartojasi ir po truputį nyksta toliau nuo lėktuvo.
Macho karolius paskui save tempia ir kai kurios raketos, jie gali būti užfiksuoti ir prie kai kurių artilerijos sistemų vamzdžių – visur, kur egzistuoja labai greitas ir šviečiantis dujų srautas.
.jpg){kind=link}
