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Pourquoi un cône se forme-t-il au démarrage d'un moteur de navette spatiale ? ( Photo dans la description ) URL_0 Veuillez expliquer comme si j'avais cinq ans.
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La tuyère du SSME fonctionne [sur-expansée] (URL_4) au niveau de la mer, car elle est conçue pour des performances maximales à haute altitude. Cela signifie que sa pression d'échappement est inférieure à la pression ambiante et qu'il y a donc un échange d'énergie entre l'énergie de pression et l'énergie cinétique au niveau et en aval du plan de sortie de la buse lorsque le flux tente de se trier et d'atteindre l'équilibre. L'écoulement étant supersonique, cet échange se fait par [ondes de choc] (URL_2). Ces ondes de choc produisent des variations locales spectaculaires de la densité du flux. Lorsque le flux d'échappement traverse ces ondes de choc, il ralentit. Cela convertit une partie de son énergie cinétique en énergie de pression accrue, ce qui l'aide à atteindre l'équilibre avec l'atmosphère. Cependant , du fait de la loi des gaz ( PV = ρRT ) , l' augmentation rapide de la pression fait monter la température statique du gaz ( la température totale est approximativement conservée ) . Cela signifie que l'écoulement immédiatement en aval du choc est à la fois plus dense et plus chaud que l'écoulement immédiatement en amont du choc. Cela a un impact dramatique sur sa luminosité , car 1 . La quantité de lumière émise dans un volume donné de gaz dépend évidemment du nombre d'atomes ou de molécules dans ce volume, et est donc proportionnelle à la densité. 2 . La puissance radiative totale est proportionnelle à la [quatrième puissance] (URL_0) de la température statique du gaz. 3 . L'échappement du SSME est un mélange de vapeur et d'hydrogène, qui émet principalement des [raies spectrales] (URL_3) plutôt qu'un rayonnement de corps noir. Cela signifie qu'il existe une énergie d'activation minimale pour que quelque chose se produise, et donc une augmentation relativement faible de l'énergie spécifique statique moyenne du flux peut entraîner une augmentation soudaine et spectaculaire du rayonnement. Parce que les moteurs LH2 / LOX produisent un échappement qui ne contient pas de carbone , la flamme a une très faible émissivité et est principalement transparente ( la majeure partie du rayonnement est en fait dans la gamme UV ; la teinte rouge / rose provient de l'excès d'hydrogène dans l'échappement , qui est là parce que Isp est maximisé en fonctionnant riche et en abaissant ainsi la masse moléculaire moyenne du flux ) . Cela signifie que le disque de Mach ressort particulièrement bien. Vous pouvez avoir une meilleure idée de la sur-expansion du flux à partir de [cette image d'un tir d'essai. ] ( URL_1 ) Incidemment , si vous vous demandez pourquoi le Delta IV a un échappement beaucoup plus brillant malgré la combustion de LH2 / LOX , la raison en est que le [ RS-68 ] ( URL_5 ) utilise une buse ablative pour réduire les coûts . Pendant qu'il s'ablate, il ajoute du carbone à l'échappement, augmentant son émissivité, produisant une flamme plus brillante et plus jaune. * * tl;dr * * la sur-expansion de l'échappement produit des ondes de choc, qui changent radicalement l'enthalpie spécifique statique locale dans certaines parties de l'écoulement. La quantité de lumière émise par unité de volume est une fonction très forte de l'enthalpie spécifique statique locale. * modifié pour corriger une faute de frappe *