Ich habe kürzlich über chinesische Pläne zum Start von Shenzhou-9 berichtet und ein Archivbild einer Long March-2F-Rakete verwendet, die von der Startrampe abgefeuert wurde. Nafin wollte wissen, wie das Diamantmuster hinter der Rakete aussieht, und ivan3man_at_large gab die Antwort: Sie heißen Schockdiamanten.
Schockdiamanten? Dieser Begriff war mir irgendwie entgangen, also dachte ich, ich würde mich noch mehr damit beschäftigen.
Stoßdiamanten (alternativ als „Mach-Scheiben“ bezeichnet) treten auf, wenn Gas mit Überschallgeschwindigkeit und einem anderen Druck als die Außenatmosphäre aus einer Düse austritt. Auf Meereshöhe kann der Abgasdruck niedriger sein als in der dicken Atmosphäre. Und dann kann in sehr großen Höhen der Abgasdruck höher sein als in der dünnen Atmosphäre.
Diese Schockdiamanten können also gerade beim Abheben einer Rakete oder in großer Höhe auftreten, wenn sie in Überschallgeschwindigkeit wechselt.
Ein klassisches Beispiel ist das Abfeuern des Space Shuttles, aber ein anderes berühmtes Beispiel ist, als Chuck Yeagers X-1-Raketenflugzeug Mach 1 erreichte.
Nehmen wir das Beispiel einer Rakete. In diesem Fall ist der Ausgangsdruck des Abgases niedriger als die Außenatmosphäre, und Sie erhalten eine Situation, die als "Überdehnung" bezeichnet wird. Das Gas tritt mit einem niedrigeren Druck aus der Rakete aus und wird in einem „Expansionsventilator“ von der Auslassdüse nach außen geleitet. Die Außenatmosphäre hat jedoch einen höheren Druck als das Abgas und komprimiert es so nach innen. Dieser Druckunterschied drückt das Gas an einem bestimmten Punkt - dem ersten Stoßdiamanten - wieder zusammen.
(Ich werde Ihnen an dieser Stelle die komplexe Fluiddynamik ersparen.)
Dann kompensiert sich das Gas und dehnt sich wieder zu einem neuen Expansionsventilator aus. Beim nächsten Stoßdiamanten wird es in der gleichen Entfernung von der Rakete wieder zusammengedrückt, und so weiter und so fort. Schließlich übernehmen atmosphärische Verzerrungen und Reibungen, wodurch der Druck der Abgasfahne mit der Umgebungsatmosphäre ausgeglichen wird.
Schockdiamanten wurden ursprünglich von Ernst Mach entdeckt, dem berühmten österreichischen Wissenschaftler, der sich mit Fluiddynamik befasste.
Eine weitere interessante Randnotiz: Schockdiamanten sind nicht nur in Raketenauspuffen zu sehen. Sie wurden auch gesehen, wie sie aus Vulkanen und Artilleriegeschützen gesprengt wurden
Es gibt zwei großartige Artikel über Mach-Diamanten, wenn Sie sie wirklich besser verstehen wollen. Lesen Sie diesen Artikel von Aerospace Web und diesen vom Allstar Network.
