De ce este periodic jetul de rachetă?

[Abel Cavaşi]

Jet emis de un motor de rachetă:

Si eu am fost de parerea ca merge motorul in rafale sau are turbina vreo problema... oricum, e foarte interesant fenomenul...

Vă mulţumesc pentru răpunsurile voastre, Electron, Adi şi Ady.h!

Înţeleg că pagina de pe Wikipedia spre care am fost îndrumaţi este destul de neclară.

Atunci, dacă mai sunteţi interesaţi de explicaţia acestui fenomen, am putea să discutăm despre el în acest topic pentru a nu face digresiuni atât de mari în topicul despre imaginea zilei.

Aşadar, mai întreb o dată aici:
-Care este explicaţia faptului că jetul care iese cu presiune din motorul de rachetă are periodicităţi? De ce acest jet nu merge rectiliniu? Care sunt parametrii de care depind proprietăţile jetului (distanţa dintre noduri, grosimea jetului, temperatura sa)?

[Electron]

http://www.aerospaceweb.org/question/propulsion/q0224.shtml

e-

[Adi]

Frumoase poze din link. Multumesc, Electron.

[Abel Cavaşi]

Oare şi în vid se produce acest fenomen? Dacă da, explicaţia dată în materialul spre care am fost îndrumaţi rămâne corectă?

Am impresia că, în conformitate cu explicaţia dată, în vid nu ar trebui să se mai producă acest fenomen, pentru că presiunea jetului nu poate deveni mai mică decât presiunea vidului ca să ducă la alternanţa presiunilor.

[HarapAlb]

Eu cred ca in vid nu vor mai apare acele periodicitati.

[Abel Cavaşi]

Ok, să presupunem că explicaţia este corectă şi că în vid nu se mai produce fenomenul. Atunci aş vrea să mai înţeleg un aspect.

Ce cauză determină ca presiunea jetului să scadă mai mult decât presiunea atmosferică? Apoi, ce cauză determină ca presiunea jetului să crească din nou mai mult decât presiunea atmosferică? De ce nu rămân egale presiunile din momentul în care au fost deja egale o dată?

[HarapAlb]

In pagina indicata de eminus gasesti explicatia:

When a flow is overexpanded, the lower gas pressure within the exhaust compared to that of the external atmosphere causes the exhaust to be compressed or squeezed inward. This compression increases the pressure of the exhaust. However, the flow may be compressed too much so that its pressure exceeds the atmospheric pressure. As a result, the flow now expands back outward to reduce the pressure again. This process may also expand too far causing the internal pressure to again drop lower than ambient. Regardless, the difference between the internal and external pressures reduces each time the flow passes through one of these compression and expansion processes. Over time, the process of compression and expansion repeats itself until the exhaust pressure becomes the same as the ambient atmospheric pressure. In other words, the flow will repeatedly contract and expand while gradually equalizing the pressure difference between the exhaust and the atmosphere.

[ionut]

  Cred ca explicatiile sunt ok. Si eu cred ca in vid nu ar trebui sa mai apara inele.

[Abel Cavaşi]

Eu tot n-am înţeles ce motiv mai are jetul din zonele de curgere liberă



să revină din nou la o curgere turbulentă. De ce nu continuă să curgă liber din moment ce a reuşit să înceapă să curgă liber la un moment dat? Care sunt forţele care readuc jetul la un diametru mai mic?

Mai mult, de ce nodurile şi ventrele sunt echidistante? De ce ele nu sunt din ce în ce mai îndepărtate pe motiv că fenomenul scade din intensitate cu cât se îndepărtează de motor? Ştie cineva vreun calcul al acestor parametri? Ştie cineva vreo poză făcută în vid la un jet de rachetă?

[HarapAlb]

When a flow is overexpanded, the lower gas pressure within the exhaust compared to that of the external atmosphere causes the exhaust to be compressed or squeezed inward

Nodurile si ventrele nu sunt echidistante in toate pozele. In unele (in pagina de pe wikipedia) se observa cum ventrele devin din ce in ce mai dese. Curgerea turbulenta se pastreaza de-a lungul jetului.

Dimensiunea si pozitia ventrelor (si nodurilor) ai putea s-o modelezi simplist cu un oscilator armonic (sau anamornic) plus disipatie (probabil neliniara). Problema ar consta in determinarea parametrilor modelului (constantele de elasticitate, de disipatie) pornind de la sistemul fizic (jet+aerul atmosferic), insa te poti juca cu parametrii pana obtii ceva asemanator jetului din poze.

[Abel Cavaşi]

When a flow is overexpanded, the lower gas pressure within the exhaust compared to that of the external atmosphere causes the exhaust to be compressed or squeezed inward

Sincer, m-am tot străduit să înţeleg la ce te referi aici, dar tot n-am găsit cauza. De unde există ,,the lower gas pressure"? În zona pe care am subliniat-o cu roşu toate presiunile sunt egale. De unde apare apoi diferenţa de presiune din moment ce presiunile au fost deja egale?

Nodurile si ventrele nu sunt echidistante in toate pozele. In unele (in pagina de pe wikipedia) se observa cum ventrele devin din ce in ce mai dese. Curgerea turbulenta se pastreaza de-a lungul jetului.

Chiar, ai dreptate! Ele devin mai dese. Ok. Mai dese? N-ar trebui să se rărească, având în vedere că jetul se află mai departe de motor, iar fenomenul scade în intensitate?

Dimensiunea si pozitia ventrelor (si nodurilor) ai putea s-o modelezi simplist cu un oscilator armonic (sau anamornic) plus disipatie (probabil neliniara). Problema ar consta in determinarea parametrilor modelului (constantele de elasticitate, de disipatie) pornind de la sistemul fizic (jet+aerul atmosferic), insa te poti juca cu parametrii pana obtii ceva asemanator jetului din poze.

Interesantă propunere! Este, într-adevăr, o idee bună de început. Totuşi, pe mine mă depăşeşte, mai ales că nu am înţeles esenţa fenomenului .

[HarapAlb]

When a flow is overexpanded, the lower gas pressure within the exhaust compared to that of the external atmosphere causes the exhaust to be compressed or squeezed inward

Sincer, m-am tot străduit să înţeleg la ce te referi aici, dar tot n-am găsit cauza. De unde există ,,the lower gas pressure"? În zona pe care am subliniat-o cu roşu toate presiunile sunt egale. De unde apare apoi diferenţa de presiune din moment ce presiunile au fost deja egale?

Cred ca nu e vorba de o destindere normala si distributia de presiune in interiorul jetului sa nu fie uniforma. Este adevarat ca se ajunge la un echilibru insa local, adica intre una de soc si aerul atmosferic. In interiorul jetului presiunea fiind mai mica. Dinamica jetul e un fenomen complex, am incercat sa dau o descriere calitativa/intuitiva. Uite aici niste simulari numerice. Cred ca ia in calcul numai dinamica (curgerea) jetului, fara schimb de caldura intre jet si mediu.

Nodurile si ventrele nu sunt echidistante in toate pozele. In unele (in pagina de pe wikipedia) se observa cum ventrele devin din ce in ce mai dese. Curgerea turbulenta se pastreaza de-a lungul jetului.

Chiar, ai dreptate! Ele devin mai dese. Ok. Mai dese? N-ar trebui să se rărească, având în vedere că jetul se află mai departe de motor, iar fenomenul scade în intensitate?

Destinderea scade in intesitate pentru ca discurile nu mai sunt asa de mari ca la iesirea din propulsor, insa creste frecventa. Se conmporta ca un oscilator amortizat care se apropie de pozitia de echilibru. Cresterea frecventei ma face sa cred ca e vorba de un model de oscilator neliniar. Uite o demonstratie cu un oscilator liniar, damped oscillator, unde se vede ca frecventa scade, asa cu ai intuit. Insa daca disipatiile scad la amplitudini mici, se va modifica frecventa.

[Abel Cavaşi]

Uite aici niste simulari numerice. Cred ca ia in calcul numai dinamica (curgerea) jetului, fara schimb de caldura intre jet si mediu.

Din câte am înţeles, modelul teoretic al acelei lucrări de doctorat se bazează pe presupunerea mişcării pe o elice dublă. De unde această presupunere? De ce particulele nu se deplasează rectiliniu, aşa cum se ştie în prezent?

Se conmporta ca un oscilator amortizat care se apropie de pozitia de echilibru.

Este foarte posibilă analogia. Totuşi, deocamdată acestea sunt numai presupuneri, până când nu stabilim care este mecanismul intim al fenomenului, mecanism care să evidenţieze un coeficient de elasticitate constant şi unul de amortizare. Să nu uităm că la acele viteze mari valoarea coeficientului de frecare nu depinde liniar de viteză, deci analogia cu oscilatorul trebuie făcută cu grijă.

[HarapAlb]

Uite aici niste simulari numerice. Cred ca ia in calcul numai dinamica (curgerea) jetului, fara schimb de caldura intre jet si mediu.

Din câte am înţeles, modelul teoretic al acelei lucrări de doctorat se bazează pe presupunerea mişcării pe o elice dublă. De unde această presupunere? De ce particulele nu se deplasează rectiliniu, aşa cum se ştie în prezent?

Asta cu elicea unde ai citit-o?   Acolo se simuleaza numeric ecuatiile Navier-Stokes, fara nici o alta presupunere.

Se conmporta ca un oscilator amortizat care se apropie de pozitia de echilibru.

Este foarte posibilă analogia. Totuşi, deocamdată acestea sunt numai presupuneri, până când nu stabilim care este mecanismul intim al fenomenului, mecanism care să evidenţieze un coeficient de elasticitate constant şi unul de amortizare. Să nu uităm că la acele viteze mari valoarea coeficientului de frecare nu depinde liniar de viteză, deci analogia cu oscilatorul trebuie făcută cu grijă.

Evident, am precizat ca e o analogie limitata, insa te ajuta sa intelegi calitativ fenomenul.

[Abel Cavaşi]

Asta cu elicea unde ai citit-o?   Acolo se simuleaza numeric ecuatiile Navier-Stokes, fara nici o alta presupunere.

În lucrare se spune că modelul teoretic este:
,,Theoretical model
    A weakly non-linear theory describing the interaction of two counter-rotating helical modes is used to study the evolution of the primary instability close to its threshold."

Am înţeles eu ceva greşit?