正文
超聲速飛機和飛彈周圍的流動則屬超聲速外流。通常超聲速外流是指整個流場或流場中絕大部分地區都是超聲速流動的情形。在飛行馬赫數比 1大很多時,會出現一些特殊的流動現象,屬於高超聲速流動的範圍。一般超聲速流動的馬赫數在1.5~5.0之間。特徵 定常超聲速流動的一個重要特徵是:流場中任何擾動的影響範圍都是有界的,任何擾動都表現為波的形式。當超聲速氣流發生膨脹或依次受到一系列微弱壓縮時,擾動的始末界限都是馬赫線(見普朗特-邁耶爾流動)。圖1是超聲速氣流流過菱形翼型時的流動情況。圖中只畫出上半平面的流動圖形和波系。超聲速氣流受到菱形翼型的迎面壓縮,產生激波;當氣流繞流凸角時,形成一個膨脹波系;在翼型後緣,經過上、下翼面的兩股氣流會合時又形成激波。對於定常、無粘性、絕熱的二維無鏇超聲速流動,以速度勢ф表示的基本方程為:
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式中vx、vy分別為x和y方向的分速;c為當地聲速。當合速
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式中∞為來流馬赫數。∞>1時方程為雙曲型,存在特徵錐,就物理意義講,這就是來流中的馬赫錐。錐面母線與來流方向的夾角為馬赫角
超聲速內流 在超聲速內流中,擾動也是有界的。譬如在拉瓦爾管里,一旦建立了超聲速流動,只要喉道截面處的流動還保持為聲速流,反壓的變化都只能使流動在下游一定的界線之後起變化。除此之外,許多影響流動狀態的因素對超聲速流動的作用和對亞聲速流動的作用大多是相反的。例如,管道截面積擴大,使亞聲速流動減速,卻使超聲速流動加速;截面積縮小使亞聲速流動加速,卻使超聲速流動減速。管壁對氣流的摩擦作用使亞聲速流動膨脹,速度增大,壓強和密度減小,溫度降低;卻使超聲速流動受壓縮,速度減小,壓強和密度增大,溫度上升。加熱使亞聲速流動加速,壓強和密度減小;卻使超聲速流動減速,壓強和密度增大(見氣體動力學)。
參考書目
A.H.夏皮羅著,陸志芳等譯:《可壓縮流的動力學與熱力學》,下冊,科學出版社,北京,1977。(A.H.Shapiro,The Dynamicsand Thermodynamics of Compressible Fluid Flow,Vol.2,The Ronald Press Co., New York,1953.)