Ударная волна

распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью в сжимаемой среде тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение давления р, плотности (ρ), энтропии, скорости среды и др. Газодинамических переменных.В механике сплошных сред эту переходную область обычно можно считать поверхностью гидродинамического разрыва, при переходе через которую скачкообразно изменяются р, (ρ) и т. Д. Газодинамические переменные по обе стороны У. В. Связаны уравнениями, выражающими сохранения законы:где i — удельная энтальпия, U — скорость перемещения У. В., (υ)n и (υτ) — нормальная и касательная к У. В. Составляющие вектора скорости среды. Индексы 1 и 2 относятся к состоянию среды перед и за У. В. В общем случае (ρ), (υ), U и т.

Д. — функции координат точки У. В. И времени.Представление У. В. Поверхностью разрыва является некоторой идеализацией, оправданной для большинства задач аэродинамики, так как толщина области, в которой проявляется действие вязкости и теплопроводности и устанавливается термодинамическое равновесие по поступательным степеням свободы и в которой происходит резкое изменение р, (ρ) и т. Д., по порядку величины равна длине свободного пробега молекул газа l, что в механике сплошных сред является пренебрежимо малой величиной по сравнению с характерным линейным размером явления L.При больших скоростях распространения У. В. (для воздуха более 2—3 км/с) в газе протекают неравновесные физико-химические процессы (возбуждение колебаний молекул, химические реакции, ионизация и т.

Д.) и структура У. В. Более сложна. В этом случае за фронтом У. В. Образуется релаксационная область толщиной d > > l, в которой происходит установление термодинамического равновесия, сопровождающееся дальнейшим изменением р, (ρ) и т. Д. (Эта релаксационная область толщиной d, примыкающая к поверхности разрыва — фронту У. В., часто включается в понятие У. В.). В гиперзвуковой аэродинамике возможны случаи как d < < L, так dУдарная волнаL и d > > L (см. Неравновесное течение).В отечественной литературе У. В., неподвижная в выбранной системе координат, обычно называется скачком уплотнения (СУ). СУ, плоскость которого перпендикулярна к направлению движения газа, называется прямым, а СУ, плоскость которого образует с направлением движения газа угол, отличный от прямого, — косым.

Уравнения прямого СУ в совершенном газе имеют вид:где Т — термодинамическая температура среды, М — Маха число, (γ) — показатель адиабаты. Уравнения, описывающие косой СУ, можно получить из уравнений прямого СУ, если в них заменить (υ) на (υ)n, М на Мn и добавить условие(υτ)1 = (υτ)2. (υ)n (υτ)— соответственно нормальная и касательная к СУ составляющие скорости. Для анализа течений за косым СУ широко используется так называемая ударная поляра — кривая в плоскости годографа скоростей (см. Годографа метод), устанавливающая связь между компонентами скорости до и после СУ, углом отклонения потока и углом наклона СУ. СУ произвольной формы на каждом небольшом участке можно рассматривать как прямой или косой, поэтому соотношения для прямого и косого СУ применимы и для криволинейных СУ.У.

В. (СУ) образуются при обтекании тел сверхзвуковым и трансзвуковым потоками газа, при сверхзвуковом движении заострённых и затупленных тел и т. П. Возникновение У. В. Приводит к различного рода потерям, обусловленным необратимым переходом механической энергии в тепловую и ростом энтропии. Появление У. В. Сопровождается появлением волнового сопротивления и, следовательно, ростом сопротивления аэродинамического, звуковым ударом и т. П. При взаимодействии У. В. С границами раздела сред, с волнами разрежения и т. Д. Может происходить преломление, отражение (см. Маховское отражение ударной волны), дифракция ударной волны. См. Также Гюгоньо адиабата..