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우주왕복선 속 RS-25 엔진의 마하 다이아몬드 엔진의 불그스름한 화염 속 쭉 이어져 반복되는 패턴이 마하 다이아몬드이다. |
1. 개요
마하 다이아몬드, 쇼크 다이아몬드 또는 제트 링 현상은, 제트 및 로켓 엔진 등 제트, 그중에서도 초음속 제트를 매개로 추력을 얻는 엔진 중 Over-expanded[1] 된 노즐 형상을 가지고 있는 엔진에서의, 충격파가 엔진의 노즐 밖으로 나오는 배기가스(유동) 을 다시 한번 압축 및 점화시키며 내부에 충격파를 따라 고깔 모양으로 유동이 빛나는 현상을 말한다.2. 상세
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| AIM-120 AMRAAM 미사일에서의 마하 다이아몬드 |
보통 대부분의 후연소( 애프터버닝) 제트 엔진[2], 고체 및 몇몇의 액체 로켓 엔진[3]에서 볼 수 있다. 대기권 밖에서는 마하 다이아몬드를 관측할 수 없다.
굳이 엔진이 아니더라도 초고압 압축 공기나 토치 등을 통해서 초음속 유동을 만들수만 있다면 마하 다이아몬드가 형성되기도 한다. 페트병으로 마하 다이아몬드를 만드는 영상
3. 원리
초음속으로 뿜어져나오는 배기가스가 주변 대기압과의 정압 차이에 의하여 다시 압축되고, 압축되어 다시 스스로 재점화되며 팽창, 다시 대기압과의 차이에 의하여 압축되는 것을 반복하는 특이 흐름에 의해 형성된다. CFD(전산유체역학) 해석을 통해 나타낸 유동흐름에 대한 논문 참조.즉, 마하 다이아몬드 현상에서 나타나는 저 밝은 원뿔 고깔은, 엔진 노즐 뒷쪽에 새로이 만들어진, 충격파로 이루어진 일종의 노즐이라고 생각하면 편하다.
[1]
주변
대기압에 따라 노즐에서 분사되는 배기가스가 얼마나 팽창되는지를 나타내는 수치이다. 사진에서는 너무 극단적으로 Overexpanded된 것을 보여주었지만 어쨌든 사진에서 왼쪽에 해당된다.![파일:bell-rocket-nozzle-a-over-expansion-b-optimal-expansion-and.png]()
[2]
후연기가 없는 일반적인 제트 엔진은 유동이 아음속이다. 전투기가 노즐을
애프터버너가 키고 꺼짐에 따라 좁히고 넓히는것도 이 때문이다. 초음속 유동은 넓은 노즐에서 좀 더 빠른 유속을 갖기 때문.
[3]
스페이스X의 초대형 로켓 엔진인
스타십 1단 부스터에서도 마하 다이아몬드를 볼 수 있다.
# 스타십의 마하 다이아몬드는 무수히 많은 엔진의 화염이 하나로 합쳐져 큰 하나의 매치 다이아몬드를 이루는 형상이다. 연소하지 않는 냉가스 추력기에서도 종종 볼 수 있는 현상이다.