Какво представляват „шоковите диаманти“ при изтребителите

Тези интересни въздушни явления не оказват съществено влияние върху полета на изтребителя, но пилотите трябва да бъдат внимателни при използването им поради отличителния им визуален вид и топлинна сигнатура.

Ако някога сте виждали изтребител, излитащ с догарящи двигатели, може би сте забелязали видими „диаманти“ или ярки ударни клетки в изпускателната струя. Най-видими през нощта или при настройки за висока тяга, ударните диаманти са прекрасен резултат от динамиката на течностите и несъответствието в налягането, пише за TNI Харисън Кас, адвокат, специализирал в областта на националната сигурност, технологиите и политическата култура.

Наричани още „махови диаманти“ и „ударни клетки“, а официално – „ударни модели в изпускателната струя“, ударните диаманти се появяват като редуващи се ярки и тъмни ивици в изпускателната струя. Причинени от взаимодействието на свръхзвуковата изпускателна струя с околния въздух, ударните диаманти се образуват там, където има повтарящи се вълни на сгъстяване и разширяване.

Ударните диаманти са често срещани при работа с форсаж. „Форсажът“ се случва, когато гориво се впръсква директно в изпускателния поток на двигателя, което повторно запалва потока надолу по веригата от турбината. Резултатът е значително увеличение на тягата, често между 50 и 70 процента повече в сравнение със стандартната работа на двигателя.

Използването на догарящи камери има и някои недостатъци. Както може да си представите, те са изключително неефективни от гледна точка на разхода на гориво — което не е изненадващо, като се има предвид, че механизмът включва изстрелване на гориво в изпускателния поток. А в ерата на усъвършенстваните сензори догарянето е проблемно и защото създава силен топлинен отпечатък, който може да компрометира стелт характеристиките на самолета. Догарянето прави изходящия поток по-горещ и по-бърз и често води до свръхзвуков полет.

Какво представляват ударните диаманти?

Ударните диаманти се образуват в догарящите камери поради несъответствие в налягането. Отпадните газове излизат от дюзата при налягане, което е различно от това на околния въздух. Или отпадните газове са „недоразширени“, при което налягането им е по-голямо от това на околния въздух, или „свръхразширени“, при което е по-малко.

Повечето случаи на догаряне се дължат на недоразширени отпадни газове. Ударната структура се образува, когато отпадните газове се разширяват бързо, като налягането пада под това на околния въздух. Сгъстеният въздух се връща обратно навътре, създавайки ударна вълна. Процесът след това се повтаря: разширяване, сгъстяване, разширяване и т.н., създавайки колебаещи се зони на налягане. Визуалният резултат е форма на диамант; светлите области са с високо налягане и висока температура, докато по-тъмните области са с по-ниско налягане, по-хладни и по-малко светли. Формата е симетрична поради геометрията на дюзата, а моделът прилича на диамант по време на редуващата се вълнова структура.

Разстоянието между диамантите е свързано с коефициента на изходното налягане, числото на Мах и диаметъра на дюзата. Естествено, дюзите с променлива геометрия регулират разширяването на отработените газове с цел привеждане на налягането на отработените газове в съответствие с околния въздух. Ако се постигне перфектно разширяване, тогава няма ударни диаманти. Но в действителност винаги има известно несъответствие – ето защо ударните диаманти са толкова често срещани в реални условия. Проектантите се стремят да минимизират несъответствието в налягането.

Но променливите условия правят перфектното настройване почти невъзможно.

Височината също влияе на шоковите диаманти. На голяма височина на въздуха налягането на околния въздух е по-ниско, което води до по-големи и по-разредени шокови диаманти. На ниска височина моделът е по-плътен и по-сгъстен.

Оказва ли шоковият диамант някакво влияние върху самолета?

Моделът с формата на диамант има минимален ефект върху пряката аеродинамика на полета на самолета. Все пак, от тактическа гледна точка, пилотите трябва да бъдат нащрек за визуалния отпечатък, инфрачервения отпечатък и повишената уязвимост, която създават догарянето и шоковите диаманти.

Компромисът се свежда основно до максимална тяга за сметка на стелт способностите. Но от гледна точка на наблюдателя, догарянето, придружено от шоковите диаманти, е вълнуващо визуално напомняне за мощността на реактивния самолет.