מהירות שגא-קולית

מהירות שגא-קולית או שַׂגִּיא-קולית (בלועזית: מהירות היפר-סונית) היא מהירות של עצם הנע הרבה מעל מהירות הקול, ואשר מתרחשות בה תופעות אווירודינאמיות ייחודיות.

זרימה חישובית על מנוע על-מגח סילוני X-43A במהירות מאך 7

מהירות שגא-קולית גדולה ממהירות על-קולית וניתן לאפיין מהירות זו כמעל 5 מאך. עם זאת, המהירות הנמוכה ביותר המאופיינת כשגא-קולי היא בפועל טווח של ערכים בסביבות 5 מאך (גבוה או נמוך במקצת) ומשתנה כתלות בתנאים הפיזיקליים שבהם שרויה הזרימה.

עבור מספרי מאך גבוהים מ-20, לצורך אנליזה ראשונית של גלי הלם משופעים נהוג להניח כי מאך שואף לאינסוף לצורך פישוט נוסחאות, שכן ההבדלים ביניהם צפויים להיות זניחים.

כלי תעופה הנעים במהירות שגא-קולית הם מנועי על-מגח סילוני ומעבורות חלל בזמן תהליך החדירה לכדור הארץ. ישנם גם טילים היפר-סונים הנעים במהירות זו.

מאפיינים

הדגמה של עצם נע במהירות 5 מאך

מכיוון שקיימת רציפות בין מהירות על-קולית למהירות שגא-קולית נהוג להגדיר אותה באמצעות מספר תופעות שמאפיינות אותה:

• שכבת גל הלם דקה – גל הלם קשתי נצמד לגוף כך שהמרחק בין הגל לגוף קטנה ונוצרת מעין שכבה דקה של זרימה. במספרי ריינולדס קטנים שכבה זו יכולה להתמזג עם שכבת הגבול ולגרור שכבת גל הלם צמיגה.
• שכבת אנטרופיה – שינוי (גרדיאנט) גדול של האנטרופיה בתוך שכבת הגבול. במפגש של זרימה על-קולית בפינה קהה נוצר גל הלם מנותק ובעל עקמומיות. השינוי באנטרופיה של קו זרימה לאחר גל ההלם גדל ככל שהעקמומיות גדלה. במספרי מאך גבוהים, לפי משפט קרוקו (Croco's principle) השינוי הופך משמעותי וגורר שינוי אנטרופיה גדול שיוצרים מערבולות בזרימה (ערבוליות גבוהה).
• טמפרטורות גבוהות – מתרחשת דיסוציאציה ויינון של הגז בזורם כך שהגז הופך לפלזמה והטמפרטורות שלאחר גל ההלם מגיעות לאלפי מעלות צלזיוס.
• צמיגות רבה – הגדלה של שכבת גבול.
• תופעות של גז לא אידיאלי.

פרמטרי דמיות

בתחום הזרימה נהוג להשתמש בגדלים חסרי ממד. עבור מהירות נמוכות נהוג להשתמש במספר ריינולדס בשביל לאפיין את הזורם. עבור תחום השגא-קולי מספר זה פחות שימושי ונהוג לעשות שימוש במספר קנודסן.

עבור תופעות חשמליות ומגנטיות בזרימה שגא-קולית נעשה שימוש במספר סטיוארט.

כלים הנעים במהירות שגא-קולית

• Kh-47M2 קינז'אל
• X-43
• ברהמוס-2
• צירקון 3M22
• R-37
• Shaurya
• DF-ZF
• SR-72
• רוקוול X-30

ראו גם

• בום על-קולי

לקריאה נוספת

• Anderson, John (2006). Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics (Second ed.). AIAA Education Series. ISBN 1-56347-780-7.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מהירות שגא-קולית בוויקישיתוף