ในเครื่องบินรบหรือเครื่องบินขับไล่ซึ่งใช้เครื่องยนต์เจ็ตไอพ่นกำลังสูงนั้น เราอาจจะเคยเห็นไอพ่นที่พุ่งออกมาจากท้ายของเครื่องยนต์ซึ่งมีลักษณะเป็นคลื่น ๆ สีส้มและน้ำเงิน จริง ๆ แล้วคือคลื่นกระแทกที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นและความดันรอบ ๆ บริเวณท้ายเครื่องยนต์ซึ่งมีไอพ่นกำลังสูงของเครื่องยนต์ออกมา ลำคลื่นนี้เรียกว่า “Shock Diamond”

Shock Diamond เกิดจากการสลับกันระหว่างการอัดตัวของอากาศและการขยายตัวของอากาศ

Shock Diamond เกิดขึ้นเมื่อไอพ่นที่พุ่งออกมาจาก Nozzle หรือท้ายของเครื่องยนต์มีแรงดันต่ำกว่าแรงดันของอากาศรอบ ๆ หรือที่เรียกกันว่า “Overexpansion” ทำให้เมื่อไอพ่นพุ่งออกมาจะถูกแรงดันอากาศรอบ ๆ บีบอัด

เนื่องจากไอพ่นที่ออกมาจาก Nozzle นั้นมีความเร็วสูงมาก มันจึงสร้างความแปรปรวนให้กับอากาศรอบ ๆ เกิดเป็น Shockwave หรือคลื่นกระแทกขึ้น ซึ่งทำหน้าที่คล้ายเป็นกำแพงกั้นระหว่างไอพ่นและอากาศรอบ ๆ เมื่อไอพ่นผ่านคลื่นกระแทกนี้ไปอุณหภูมิและแรงดันของก๊าซไอพ่นจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความเร็วของก๊าซไอพ่นจะลดลงจากการอัดตัวของอากาศ

เครื่องบินขับไล่ F-22 Laptor กับ Shock Diamond จาก Nozzle ของเครื่องยนต์

อย่างไรก็ตามเมื่อก๊าซไอพ่นผ่านคลื่นกระแทกด่านแรกไปได้แล้ว แรงดันรอบ ๆ ไอพ่นลดลง ทำให้ไอพ่นสามารถขยายตัวได้อีกครั้งและมีความเร็วเพิ่มขึ้นมาในขณะที่อุณหภูมิและแรงดันลดลง ก่อนที่จะเกิดคลื่นกระแทกลูกที่สองขึ้นเนื่องจากก๊าซไอพ่นกลับมามีความเร็วสูงอีกครั้งจึงเกิดการอัดตัวขึ้นอีกครั้ง

Shock DIamond จาก Nozzle ของเครื่องบิน SR-71 Blackbird ของ NASA

วงจรการอัดและการขยายตัวของก๊าซจะดำเนินไปเรื่อย ๆ จนกว่าความดัน อุณหภูมิ และความเร็วของไอพ่นจะเข้าใกล้กับค่าของอากาศรอบ ๆ ซึ่งจะไม่เกิดคลื่นกระแทก ส่วนสีของ Shock Diamond ที่สลับระหว่างสีส้มและสีน้ำเงินก็คือการสลับระหว่างวงจรการอัดตัวและการขยายตัวของแก๊สไอพ่นนี่เอง

Shock Diamond จากเครื่องยนต์เจ็ตของยานลงจอดบนดวงจันทร์ต้นแบบ

สีส้มคือช่วงของการอัดอากาศ ซึ่งก๊าซมีอุณหภูมิสูงจากการอัดตัวของอากาศจนเชื้อเพลิงที่หลงเหลืออยู่ในไอพ่นนั้นเกิดการสันดาปขึ้นจึงเกิดการเรืองแสง ส่วนสีน้ำเงินนั้นคือช่วงของการขยายตัวซึ่งไม่มีการสันดาปเชื้อเพลิง ยิ่งเครื่องยนต์เจ็ตมีกำลังสูงมากเท่าใด จำนวนของ Shock Diamond ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ทำให้ Shock Diamond มีอีกชื่อคือ “Mach Diamond” ซึ่งมาจากชื่อหน่วยวัดความเร็วเมื่อเทียบกับความเร็วเสียงนั่นเอง

เรียบเรียงโดย โชติทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

รู้จัก Shock Diamond ความสวยงามของไอพ่นเครื่องบินเจ็ต