SHOCK WAVE
Structura undelor de șoc.
Lățimea tipică a valului de șoc în aer este de 10 -4 mm (de ordinul mai multor căi libere medii ale moleculelor). Grosimea mică a unei astfel de valuri face posibilă, în multe probleme, să o considerăm o suprafață de discontinuitate. Dar, în unele cazuri, structura valului de șoc este importantă. Această problemă este de interes teoretic. Pentru valurile slabe de șoc, un bun acord între experiment și teorie este oferit de un model care ia în considerare vâscozitatea și conductivitatea termică a mediului. Pentru undele de șoc ale structurii suficient de mare intensitate trebuie să țină cont de (în serie), o etapă de stabilire a translației echilibrului termodinamic, de rotație, pentru gaze moleculare si grade vibraționale de libertate, în anumite condiții - disocierea și recombinarea moleculelor, procesele de reacție chimică ce implică electroni (electroni excitație ionizare ).
Contactați lacunele.
Undele de șoc trebuie să se distingă de discontinuitățile de contact, care sunt, de asemenea, interfețe ale mediilor cu densități diferite, temperaturi și, poate, viteze. Dar, spre deosebire de undele de șoc, nu există nicio scurgere prin ruperea contactului, iar presiunea pe ambele părți este aceeași. Gapurile de contact sunt, de asemenea, numite tangențiali.
Dezintegrarea unei discontinuități arbitrare.
Este ușor de imaginat cazuri practice care duc la probleme de acest tip, de exemplu, ruptură a diafragmei care separă gaze de presiuni diferite etc. Soluția acestei probleme este relevantă pentru calcularea muncii tubului de șoc.
Tub de șoc.
Cel mai simplu tub de șoc constă din camere de presiune ridicată și joasă, separate printr-o diafragmă (figura 2).
După ruperea diafragmei, un gaz de împingere din camera de înaltă presiune se deplasează în camera de joasă presiune, formând un val de compresie, care, crescând rapid abrupta sa, formează un val de șoc. În spatele undei de șoc, o ruptură de contact se mișcă în camera de joasă presiune. În același timp, o undă de rarefacție se propagă în camera de înaltă presiune.
Primele tuburi de șoc au apărut la sfârșitul secolului al XIX-lea. De atunci, dezvoltarea tehnicii de tuburi de șoc a făcut posibilă transformarea undelor de șoc într-un instrument independent de cercetare. Într-un tub de șoc este posibil să se obțină un gaz care este încălzit uniform la 10.000 ° K și mai mare. Astfel de oportunități sunt utilizate pe scară largă în studiul a numeroase reacții chimice, diverse procese fizice. În studiile astrofizice, principalele date sunt spectrele stelelor. Precizia interpretării acestor spectre este determinată de rezultatele comparației cu spectrele obținute pe tuburile de șoc.
De la sfârșitul anilor 1920, aerodinamica supersonică a început să se dezvolte. Primul tub aerodinamic supersonic în SUA (Comitetul Consultativ Național pentru Aeronautică, a NACA) a fost creat de 1927, în Uniunea Sovietică - în 1931-1933 (Institutul Aerohydrodynamic Central), acest lucru a deschis noi posibilități pentru studii experimentale ale undelor de șoc. Fluxul supersonic diferă calitativ de subsonic, în primul rând, de prezența undelor de șoc. Apariția undelor de șoc duce la o creștere semnificativă a rezistenței corpurilor în mișcare (atât de semnificativă încât a apărut criza valurilor), cât și pentru modificarea sarcinilor termice care acționează asupra acestor corpuri. În apropierea undelor de șoc, aceste sarcini sunt foarte mari și, dacă nu se iau măsuri de protecție adecvate, corpul aeronavei poate fi ars și distrus. O problemă extrem de importantă în aerodinamică este prevenirea stingerii (apariția undelor de șoc non-staționare la suprafața unei aeronave). Cu baterea, efectul încărcărilor dinamice și termice devine variabil în timp și în locul aplicării, pentru a rezista la astfel de sarcini este mult mai dificil.
Șuierătoarele și undele de șoc direct.
Câmpul de curgere al undei de șoc poate fi perpendicular pe fluxul deranjate (unda de șoc direct) sau forma cu trecerea netulburată a unui anumit unghi (undă de șoc oblice). Undele de șoc direct sunt, de obicei, create în dispozitive experimentale speciale - tuburi de șoc. Șocurile de șoc valuri apar, de exemplu, în fluxul supersonic în jurul corpurilor, când un gaz curge din duze supersonice și așa mai departe.
Există încă o clasificare a undelor de șoc. Valurile adiacente suprafeței dure sunt numite afiliate, fără puncte de contact - cei care au plecat. Lungile de șoc au apărut în fluxul supersonic în jurul unor corpuri înclinate (de exemplu, sfere), valurile atașate apar în cazul corpurilor ascuțite (pană, con); astfel de valuri nu încetinesc curentul la fel de mult cum îl transformă rapid, astfel încât după valul de șoc curentul rămâne supersonic.
Într-o serie de cazuri, teoria gazdynamică admite ambele cazuri de curgere în spatele frontului valului adiacent și supersonic (în acest caz valul de șoc este numit slab) și fluxul subsonic (val puternic de șoc).
Doar astfel de valuri de șoc sunt observate experimental.
Reflecția regulată și Mach a undelor.
În funcție de unghiul de incidență a undelor de șoc pe obstacol, valul poate fi reflectat direct pe suprafața obstacolului sau la o anumită distanță de acesta. În cel de-al doilea caz, reflecția se numește trei valuri, deoarece în acest caz apare un al treilea val de șoc care leagă incidentul și undele reflectate cu suprafața obstacolului.
În primul rând înregistrat de omul de știință austriac Ernst Mach în 1878, reflecția cu trei valuri a fost numită și Machian, spre deosebire de reflecția de două ori (sau regulat).
Finalizarea Mach experiment a permis să detecteze modul de reflexie trei unda a fost următoarea (Figura 5.) La două puncte dispuse la o distanță unul de celălalt, în mod simultan două alunecat scânteie generează două unda de șoc sferice.
Extinderea pe o suprafață înnegrită cu funingine, aceste valuri lase urme clar punctele lor de intersecție, pornind de la mijloc între punctele de valuri de inițializare, și apoi merge prin mediana perpendicular al segmentului care unește punctul de inițializare. Apoi, segmentul de la capete a fost împărțit în două linii divergente simetric. Modelul rezultat corespunde celei într-un stadiu incipient al undelor de șoc reflectate interacțiune una de alta ca și în cazul în care se produce reflexie în mod regulat a unui plan imaginar situat central între valuri puncte de inițializare. Apoi se formează un salt Mach, conectând punctele corespunzătoare ale curbelor prezentate în Fig. 3. Deoarece numai traiectoriile punctelor de intersecție a valurilor rămân pe suprafața înnegritată, Mach a demonstrat o viziune impresionantă, reușind să descifreze semnificația pieselor obținute.