الدوامة الحلقية

توضح الأسهم المنحنية دوران الهواء حول قرص العمود الدوار للمروحية. المروحية المبينة هي راه-66 كومانشي.

قد تتكون الدوامات الهوائية حول عمود الدوران الرئيسي للمروحية، مسببة حالة خطرة تُعرف بحالة الدوامة الحلقية أو الهبوط بقدرة. يتحرك الهواء في هذه الحالة إلى أسفل نحو العمود، ثم يتحرك للخارج ثم لأعلى، ثم يتحرك للداخل، ثم لأسفل مرة أخرى نحو العمود الدوار.

قد تؤدي عملية إعادة دوران تدفق الهواء هذه إلى فقد كبير في قوة الرفع للمروحية، مما يترتب عليه فقد كارثي في الارتفاع. تتفاقم هذه الحالة عند زيادة قدرة المحرك، حيث يتسبب ذلك في تسارع تيار الهواء الهابط الذي يتحرك خلاله العمود الدوار للمروحية.

تتكون دوامة حلقية في البُطين الأيسر للقلب البشري أثناء انبساطه، عندما يدخل الدم من الصمام التاجي. لُوحظت هذه العملية لأول مرة في دارسات في المختبر[5][5]، وأُكدت صحتها بعد ذلك بتحليلات مستندة على رسم الأوعية الملون (بالإنجليزية: color Doppler mapping)‏[6][7]، وأشعة الرنين المغناطيسي.[8][9]

أكدت أيضاً بعض الدراسات الحديثة[10][11] على تشكل دوامة حلقية خلال مرحلة الملء السريع من انبساط القلب، واستنتجت أن عملية تكون الدوامة الحلقية قد تؤثر على حركة الحلقة التاجية.

فقاعة حلقية.

تتشكل حلقات فُقاعية عند إطلاق الهواء تحت الماء، وتكون عبارة عن دوامات حلقية من المياه بداخلها هواء. يصنع هذه الحلقات دائماً الغواصون والدلافين.[12]

عُرفت الدوامات الحلقية منذ عرف البشر التدخين، لكن الفهم العلمي لطبيعتها تأخر حتى تطوير نماذج رياضية لديناميكا الموائع، مثل معادلات نافير ستوك. خضعت الدوامات الحلقية للتحليل الرياضي لأول مرة بواسطة الفيزيائي الألماني هيرمان فون هيلمهولتز في بحثه المنشور في عام 1858 عن تكاملات معادلات ديناميكا الموائع، والذي وضح الحركة الدوامية.[13][14][15] منذ ذلك الحين، تُدرس بغزارة تشكيل وحركة وتفاعل الدوامات الحلقية.[16]

يُمكن لعدة أغراض اعتبار أن الدوامة الحلقية بداخلها دوامة مركزية تقريباً، ذات مساحة مقطع صغيرة. ومع ذلك، يوجد حل نظري بسيط، يُسمى دوامة هيل الكروية،[17] ويقول أن الدوامة موزعة داخل كرة (بالرغم من ذلك، يبقى التماثل الداخلي لتدفق المائع حلقي الشكل).

هذا التكوين المشابه للكهرومغناطيسية، اقتُرح لتفسير التركيب الداخلي لكرة البرق. استخدم شارنوف، على سبيل المثال، قياس ديناميكا الموائع المغناطيسية لدوامة هيل الميكانيكية المائعية الساكنة، لدراسة حالات اتزان التماثل المحوري لتكوينات ديناميكا المائع المغناطيسية، مخفضاً المعضلة إلى نظرية التدفق الساكن لمائع غير قابل للانضغاط.

اعتبر شارنوف الاتزان العام لتيارات المائع الموزعة، في التماثل المحوري للتدفق، واستنتج بناءاً على نظرية فيريال، أنه في حالة انعدام الجاذبية يُمكن أن يتواجد إتزان محدود فقط في حالة وجود تيار سمتي (بالإنجليزية: azimuthal current)‏.

لاحظ ماكسورثي نوعاً من تركيب متماثل شعاعي سمتي[18] عندما تحركت دوامة حلقية بسرعة حرجة، تقع بين حالة التدفق الرقائقي والتدفق المضطرب. أعلن تشان وهوانج لاحقاً، أنه إذا لم تكن الحالة الأولية للدوامة الحلقية دائرية بالكامل، يُمكن أن يحدث نوعاً آخر من عدم الإستقرار.[19]

تخضع الدوامة الحلقية البيضاوية لتذبذب، تتمدد فيه في الاتجاه الرأسي وتنكمش في الاتجاه الأفقي، ثم تمر بحالة متوسطة تكون فيها دائرية الشكل، ثم تغير شكلها في الاتجاه المعاكس (تتمدد في الاتجاه الأفقي وتنكمش في الاتجاه الرأسي)، قبل انعكاس حركتها وعودتها لحالتها الأصلية.