השתקפות מאך

השתקפות מאך היא תופעה בזרימה דחיסה המתארת תבנית החזרת גלי הלם ממשטח קשיח, ונקראת על שם הפיזיקאי ארנסט מאך. השתקפות מאך יכולה להתקיים בתנועות יציבות, פסאודו-יציבות ובלתי-יציבות. כאשר גל הלם, אשר נע במהירות קבועה, מתקדם על טריז מוצק. הזרימה הנוצרת על ידי ההלם פוגעת בפני הטריז ויוצרת גל הלם מוחזר שני, זאת כדי לסובב את הזרימה כך שתהיה מקבילה לפני הטריז. ביחס לנקודת ההשתקפות, הזרימה יציבה באופן מקומי, והזרימה במצב פסאודו-יציב. כאשר הזווית בין הטריז לבין גל ההלם הראשוני גדולה מספיק, גל הלם מוחזר יחיד אינו מסוגל לסובב את הזרימה לכיוון מקביל לפני הטריז ומתרחש מעבר להשתקפות מאך. במצב של זרימה עמידה, אם טריז מונח בזרימה על קולית קבועה, כך שגל ההלם המאונך 'המחובר' אליו פוגע בקיר שטוח המקביל לזרימה המציפה, גל ההלם הופך את הזרימה לכיוון פני הקיר ולכן נדרש גל הלם מוחזר נוסף כדי להפוך את הזרימה חזרה לכיוון מקביל לפני הקיר. כאשר זווית גל ההלם עולה על ערך מסוים, לא ניתן להסיט את הזרימה בחזרה לכיוון מקביל לקיר על ידי גל הלם מוחזר אחד ומתרחש אפקט השתקפות מאך. השתקפות מאך מורכבת משלושה גלי הלם הנקראים: גל ההלם הראשוני, גל ההלם המוחזר ו'גזע מאך' (Mach stem), וכמו כן קיים קו החלקה (slip line). הנקודה בה נפגשים שלושת גלי ההלם נקראת "הנקודה המשולשת" (triple point) בשני ממדים, או 'הלם להלם' (shock-shock) בשלושה ממדים. הסוג היחיד של השתקפות מאך האפשרית בזרימה עמידה הוא השתקפות מאך ישירה, שבה גזע מאך הוא קמור 'קדימה' ביחס לזרימה המציפה, ושיפוע קו ההחלקה מוטה לכיוון הטריז. מאמרים מהשנים 2012–2013, מציגים סוג נוסף של גלי הלם, בתצורה עם זווית שלילית של השתקפות בזרימה עמידה. בזרימה פסאודו-יציבה, הנקודה המשולשת מתרחקת מהמשטח המחזיר וההשתקפות היא השתקפות מאך ישירה. בזרימה בלתי-יציבה, ייתכן גם שהנקודה המשולשת תוותר נייחת יחסית למשטח המחזיר (השתקפות מאך נייחת), או תנוע לעבר המשטח המחזיר (השתקפות מאך הפוכה). בהשתקפות מאך הפוכה, גזע מאך הוא קמור לעבר הזרימה המתקרבת, וקו ההחלקה מתעקל בצורה 'החוצה' מהמשטח המחזיר. כל אחת מהתצורות הללו יכולה להניח את אחת משלוש האפשרויות הבאות: השתקפות מאך אחת (single-Mach reflection), 'השתקפות מאך-מעבר' (transitional-Mach reflection), והשתקפות מאך כפולה (double-Mach reflection)‏. גל הלם משופע Chapman, C. J. (2000). High speed flow. Cambridge New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-66169-0. Anderson, John D. Jr. (בינואר 2001). Fundamentals of aerodynamics (שלישית ed.). Boston: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-237335-6. {{cite book}}: (עזרה) Mouton, Christopher A. (2007). Transition between Regular Reflection and Mach Reflection in the Dual-Solution Domain (PDF) (תיזה). נבדק ב-2018-02-20. Ben-Dor, Gabi (2007). Shock wave reflection phenomena. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-71381-4. Krehl, P.; van der Geest, M. (1991). "The discovery of the Mach reflection effect and its demonstration in an auditorium". Shock Waves. Springer Nature. 1 (1): 3–15. doi:10.1007/bf01414863. ISSN 0938-1287. Anderson 2007. Ben-Dor 2007. Gavrenkov, S. A.; Gvozdeva, L. G. (2012). "Numerical investigation of the onset of instability of triple shock configurations in steady supersonic gas flows". Technical Physics Letters. Pleiades Publishing Ltd. 38 (6): 587–589. doi:10.1134/s1063785012060223. ISSN 1063-7850. Gvozdeva, L. G.; Gavrenkov, S. A. (2013). "Influence of the adiabatic index on switching between different types of shock wave reflection in a steady supersonic gas flow". Technical Physics. Pleiades Publishing Ltd. 58 (8): 1238–1241. doi:10.1134/s1063784213080148. ISSN 1063-7842. Gvozdeva, L. G.; Gavrenkov, S. A. (2012). "Formation of triple shock configurations with negative reflection angle in steady flows". Technical Physics Letters. Pleiades Publishing Ltd. 38 (4): 372–374. doi:10.1134/s1063785012040232. ISSN 1063-7850.