פרסומת

התופעה המכונה "יהלומי גל הלם" או "דיסקות מאך" (על שם הפיזיקאי הגרמני ארנסט מאך, שחקר את הזרימה העל קולית וניסח את העיקרון הקרוי על שמו, עליו התבסס אלברט איינשטיין בפיתוח תורת היחסות הפרטית) מופיעה כאשר זרם הסילון של מנוע סילון או מנוע רקטי, שלחצו הסטטי שונה מן הלחץ האטמוספרי המקיף אותו, נע במהירות על קולית.

הלחץ הסטטי הוא זה שהיה נמדד אילו היינו יכולים להניח מד לחץ ברומטרי בתוך הסילון מבלי שזה יועף על ידו. להבדיל ממנו, הלחץ הדינמי הוא זה שהיה נמדד אילו היינו יכולים לעצור את הסילון ולהפוך את האנרגיה הקינטית שלו (הנובעת ממהירותו) ללחץ, והוא כמובן גבוה יותר מהלחץ הסטטי.

כאשר זרם הסילון יוצא מן הנחיר והלחץ האטמוספרי מסביבו גבוה יותר, הסילון מתכווץ כלפי מרכזו. כיווץ זה מטה את כיוון קווי הזרימה כלפי פנים הסילון, חוץ מאשר בקו האמצע שלו, וכך נוצרים גלי הלם (שינויי לחץ בזרימה על קולית) המגדילים את הלחץ בתוך הסילון.

מכיוון שהסילון, גם לאחר פליטתו מן הנחיר, עודנו מכיל מעט דלק וחמצן, הגדלת הלחץ גורמת להצתתם בתוכו (בחתך המינימלי) וכך מופיע ה-"יהלום" הראשון בסילון.

לאחר מכן מתחיל הסילון להתרחב שוב; שינויי הלחץ בעת התרחבותו גורמים להופעת גלי הלם מורכבים נוספים, הנקראים "מניפות פרנדטל-מאייר", הגורמים להתכווצותו החוזרת ולהופעת "יהלום" נוסף במורד הסילון, וכך הלאה הסילון מתרחב ומתכווץ חליפות – עד שהפרשי הלחץ בינו לבין האוויר שסביבו מתקזזים עקב החיכוך הנוצר בשל צמיגות האוויר, והסילון מתמזג עם האוויר שמסביב לו.

כאשר הלחץ האטמוספרי נמוך מלחץ הסילון מתרחשת תופעה דומה, אולם כיוון שהסילון עובר התפשטות לאחר יציאתו מנחיר המנוע ורק אחר כך מתכווץ, ה-"יהלום" הראשון מופיע רחוק יותר במורד הזרם מאשר במקרה הראשון.

הסבר נוסף הכולל ציורים הממחישים את מהלך הזרימה בסילון ניתן לראות ב-(3) ו-(4). בקישורים ב-(7) ניתן לראות מספר תמונות יפות של "יהלומי גל הלם" במטוסי חיל האוויר הישראלי, שצולמו על ידי הצלם ניר בן-יוסף.

מקורות:

1. Shock diamond
2. Shock Diamonds and Mach Disks
3. Exhaust Gases' Diamond Pattern
4. Compressible Flow Regimes
5. Prandtl–Meyer expansion fan
6. The Stunning Beauty of F-15 "Shock Diamonds" in Slo-Mo
7. יהלומי גל הלם במטוסי חיל האוויר – מתמונותיו של הצלם ניר בן-יוסף: [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]

עריכה לשונית: שלומי ג'מו