激波产生的机理
激波
1
2
1 kMa12
Ma2
1
k
2
1
Ma22
1
2
1 kMa22
求解得到
Ma2＝Ma1
Ma22＝
Ma12＋
k
2
1
2k k 1
Ma12
1
正激波前、后参数的关系式
V2
速度比
1
1 k Ma12
(
p2 p1
1)V1
p2 压强p比1
2k k 1
Ma12
k k
1 1
2 密度比1
k k
1 1
Ma12
T2 T1
T* T*
1 1
k k
2
1
Ma12
2
1
Ma22
由连续方程和理想气体状态方程
V2 1 p1T2 V1 2 p2T1
1
p2 p1
Ma1 Ma2
1
k
2
1
Ma12
1
k
2
1
Ma22
2
由动量方程及a2 kp / 可得
p2 p1
1 1
kMa12 kMa22
Ma11
k
2
1 Ma12
2 k 1 2 k 1
acr
2
解出a12和a22代入上式得到 V1V2 acr 2
或
12 1
22
2
(k 1)Ma2 (k 1)Ma2 2
Ma22
(k 1)Ma12 2 2kMa12 (k 1)
p2 p1 p1
2k k 1
(
Ma12
1)
p2* p1*
k k
1 1
(k
相对论性等离子体中的激波
相对论性等离子体中的激波激波是一种在等离子体中传播的压缩波或扩展波，其产生是由于等离子体中的扰动引起的。
相对论性等离子体是指在高速运动下被激发的等离子体，它在高能物理和天体物理中具有重要的应用。
本文将探讨相对论性等离子体中的激波现象。
一、等离子体的基础知识等离子体是由带电粒子和中性粒子组成的高度电离的状态，广泛存在于自然界和实验室中。
它具有导电性、磁性和电热性等特性。
等离子体的性质主要受到粒子之间的相互作用和外界电磁场的影响。
二、相对论性等离子体的形成相对论性等离子体是在高速运动的条件下形成的。
例如，高能粒子在维持着相对论性能量的环境中，会引起周围的物质发生等离子化。
相对论性等离子体具有高能粒子的动力学性质，因此在研究高能物理和天体物理过程时需要考虑它们的影响。
三、相对论性等离子体中的激波形成机制在相对论性等离子体中，激波的形成机制主要包括两个方面：一是急剧的密度梯度变化，即在等离子体中存在密度梯度的地方，粒子的加速和减速会引起激波的形成；二是通过粒子的相互作用来传播的激波，这种激波称为推进激波。
四、相对论性等离子体中的激波性质相对论性等离子体中的激波具有一些独特的性质。
首先，激波传播速度接近光速，并且在等离子体中传播时会发生衰减。
其次，相对论性等离子体中的激波能够引起磁场增强和粒子加速，从而影响等离子体的动力学行为。
此外，激波还可以通过其它粒子的碰撞来传播。
五、相对论性等离子体中的激波现象与应用相对论性等离子体中的激波现象在高能物理和天体物理中有广泛的应用。
在高能实验物理中，激波的产生是利用高能粒子与介质相互作用的结果，通过对激波的研究可以了解粒子的加速机制。
在天体物理学中，激波现象是解释超新星爆发、星际介质云与超大质量黑洞碰撞等现象的重要理论基础。
总结：相对论性等离子体中的激波是由于等离子体中的扰动引起的压缩波或扩展波。
相对论性等离子体的形成是在高速运动的条件下发生的。
激波的形成机制主要包括密度梯度变化和粒子的相互作用。
激波简介
乘波体外形的发展和应用 乘波体外形优越的气动特性已成为现代导弹， 特别是高 速远程巡航导弹和航天飞行器的候选外形。 乘波体飞行器的研究方向 21世纪以前，国内外研究者绝大部分工作都集中在用流 线追踪法或参数设计法对乘波前体进行无粘与有粘的设计和 优化，由单独考虑升阻比性能，逐步过渡到升阻比、容积率 和热防护的多目标优化，使得乘波飞行器在实用化道路上迈 上了新台阶。进入21世纪后，由于乘波构型机身设计理论渐 趋成熟和完善，研究者把更多注意力集中到高超声速乘波飞 行器机身/发动机一体化关键技术设计上来，其中包括前体/ 进气道一体化设计技术、燃烧室构型优化技术以及尾喷管/后 体一体化设计技术。
我国JF-12超高音速激波风洞
乘波体
高超声速飞行器具有速度快、高度高、巡航距离远、突防能力强等特 点，所以必须采用一种高升阻比和强机动性的气动外形。目前适合高超声 速飞行器的外形有升力体、翼身融合体、轴对称旋成体、乘波体等。
所谓乘波体 (Waverider)，是指一种外形是流线形， 其所有的前缘都 具有附体激波的超音速或高超音速的飞行器。通俗的讲，乘波体飞行时 其前缘平面与激波的上表面重合，就象骑在激波的波面上，依靠激波的 压力产生升力，所以叫乘波体(Waverider)。如果把大气层边缘看作水面， 乘波体飞行时就像是在水面上打漂漂（这个比喻可能不够恰当，因为打 漂漂是一种不稳定的跳跃式飞行，而乘波体飞行时很稳定）。乘波体飞 行器不用机翼产生升力，而是靠压缩升力和激波升力飞行，像水面由快 艇拖带的滑水板一样产生压缩升力。超音速飞行形成的激波不仅是阻力 的源泉，也是飞行器“踩”在激波的锋面背后“冲浪”的载体。 乘 波体的概念是在1959年由诺威勒（Nonweiler）提出的，诺威勒首先提出 根据已知流场构造三维高超声速飞行器的想法，用平面斜激波形成流场 构造出一种具有“Λ”型横截面的高超声速飞行器。美国马里兰大学 Rasmussen等人发表了中锥形流动生成乘波体的论文。值得一提的是， 与Nonweiler的二维“Λ”型设计相比，由圆锥流场生成的乘波体容积率 大得多，且具有较高的升阻比。1989年，由NASA赞助，在马里兰大学 举行了乘波体国际会议，会上Sobieczky等人提出了用相切锥生成乘波体 的方法。其特点是通过使用多个锥体来设计激波模式，这使得人们可以 根据飞行器的需要来设计复杂构型，从而使乘波体飞行器具有向实用性 发展的可能。
激波
激波运动气体中的强压缩波。
在超声速运动时，由于微扰动（如弱压缩波）的叠加而形成的强间断，带有很强的非线性效应.原子弹爆炸形成的蘑菇云也是一种激波经过激波，气体的压强、密度、温度都会突然升高，流速则突然下降。
压强的跃升产生可闻的爆响。
如飞机在较低的空域中作超音速飞行时，地面上的人可以听见这种响声，即所谓音爆。
利用经过激波气体密度突变的特性，可以用光学仪器把激波拍摄下来（见风洞测量方法）。
理想气体的激波没有厚度，是数学意义的不连续面。
实际气体有粘性和传热性，这种物理性质使激波成为连续式的，不过其过程仍十分急骤。
因此，实际激波是有厚度的，但数值十分微小，只有气体分子自由程的某个倍数，波前的相对超音速马赫数越大，厚度值越小。
基本分类激波就其形状来分有正激波、斜激波。
超声速来流在尖头体头部通常形成附体激波，在钝头体前部常形成脱体激波。
正激波激波的波阵面与来流垂直。
超音速气流经正激波后，速度突跃式地变为亚音速，经过激波的流速指向不变。
弓形激波的中间一段是正激波。
此外，在超音速的管道流动中也可以出现正激波。
斜激波波阵面与来流不垂直。
曲线激波中除中间一小段是正激波外,其余部分都是斜激波,与正激波相比，气流经过斜激波时变化较小，或者说斜激波比正激波为弱。
此外，气流经过斜激波时指向必然突然折转。
因而有两个角度，一个是波阵面与来流指向之间的夹角，或称激波斜角β,另一个是波后气流折离原指向的折转角δ。
β角越大,激波越强。
β角小到等于马赫角时，激波就减弱到变成微弱扰动波或马赫波了。
斜激波超音速飞机的翼剖面一般采用尖的前后缘,如图b，这时头部出现斜激波。
斜激波后的压强升高量比正激波为小,机翼受到的波阻力小。
后缘处也有激波,那是因为上下翼面流来的气流要在后缘处汇合，两方面来的气流都折转指向才能汇合成一个共同的指向，斜激波正是超音速气流折转指向的一种形式。
正激波斜激波其他形式激波依附于物体表面的称附体激波，不依附于物体表面的称离体激波，圆锥形物体在超音速运动中产生的附体激波又称圆锥激波。
激波
斜激波
当超音速气流流过图中所示的尖劈时将产生斜激波
Ma>1
β
δ
29
斜激波
气流的速度改变 流动的方向发生 变化，沿尖劈表 面流动 β称为激波角 Ma>1
β
δ
30
斜激波
用角标1 用角标1和2分别表示波前和波后，n和t分别表示 分别表示波前和波后， 速度与激波面垂直和平行的分量
31
气流通过斜激波时的基本方程
T p2 (k +1 p + (k −1 p2 ) 1 ) 2 = (k +1 p + (k −1 p T p ) 2 ) 1 1 1
26
100
80
p2/p1
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
r2/ r1
27
激 波 前 后 参 数 关 系
基本方程 运算关系式 关系式 普朗特关系式 关系式 朗金－雨贡纽关系式 关系式
ρ1
ρ2
p p2 ρ1 1 p −1 1− ρ ρ1 1 2
11
分析
1.
由上式可见，随着激波强度的增大（p2/p1 ,ρ2/ ρ1 ，激波 的传播速度也增大。若激波强度很弱，即p2/p1 →1,ρ2/ ρ1 →1 ，此时激波已成为微弱压缩波，则上式可写成：
2 1
12
k −1 2 M 21+ a M2 a 2 = 2 1+ kM 2 a
12
2 M ＋ a 2 k −1 M 2＝ a 2k 2 M 1 −1 a k −1
正激波前、 正激波前、后参数的关系式
1 p2 V =1− ( −1 V ) 1 2 2 kM 1 p a 1 速度比
激波
同样施加于空气的压力与在空气中运动的物体速度有关。速度越大压力也越大,速度越小压力也越小。因此可以用物体运动速度与音速之比来衡量空气被压缩的程度,这个比值称为马赫数(Mach Nmber),通常用M表示 M=V/a 式中v表示在一定高度上,飞机的飞行速度,a表示该处的音速.根据马赫数的大小可以把飞行速度分为四类:
飞机飞行时也压缩前面的空气造成疏密波。这种疏密波与音波本质是一样的,只是它的频率不在人的感觉范围之内。空气被压缩的程度与空气的密度和施加于空气的压力有关。空气的密度越大(例如在低空或海平面处),则空气越难以压缩,其压缩程度就越小。施加于空气的压力越大,空气被压缩的程度也越大。但是空气密度与音速有某种对应关系,密度大音速也大,密度小音速也小。所以空气密度可以用音速来衡量。
压音速: M<0.75
跨音速: 0.75<M<1.2
超音速: 1.2<M<5.0
高超音速: M>5.0
一般地说,当飞机的飞行M数等于或大于1时,由于空气可压缩性的影响,飞机上就会有激波产生。
现在我们来研究飞机在空气中以不同的M数飞行时空气被扰动的状态。首先我们把飞机想象成一个微小的质点该质点与周围空气相互撞击后产生扰动波。如果质点没有运动速度,则质点的扰动波以音速向四周传播,形成以质点为中心的同心球面波。如果质点以音速的二分之一的速度向前飞行,由于音速比质点运动速度大,所以质点总是落在它传出去的扰动波后方,在质点的周围造成偏向前进方向的不同心球面波。如果质点的飞行速度与音速相等,则无数扰动波都迭聚在质点前面,形成一个质点位置所在的与前进方向垂直的平面,该平面不断随质点向前移动但质点所造成的空气扰动波都不会传播到该平面前方去.如果质点以两倍音速飞行,则所有扰动波都被质点超过,在飞行质点后方造成一个锥面,扰动波被局限在这个锥面内。这个锥面被称为扰动锥。上述后两种情况下被质点所扰动的空气中存在一个扰动区和未被扰动区的分界面,这种由质点产生的扰动强度很微弱的波,叫作“边界波",“边界波,,是一种弱扰动.在边界波两边的空气压强、密度和温度等物理参数并没有什么变化。
激波-专业文档!
Ma22
(k 1)Ma12 2 2kMa12 (k 1)
p2 p1 p1
2k k 1
(
Ma12
1)
p2* p1*
k k
1 1
2 (k 1)Ma12
k
2k k 1
Ma12
k 1 1 (k 1) k 1
熵增
s R
s2 s1 R
ln
P1* P2*
ln
(k 1)Ma12 (k 1)Ma12
波强度越大，总压损失越大
熵关系
s
c
p
ln
T2* T1*
R ln
p2* p1*
R ln
p2* p1*
熵必然增大
波阻
气流经过激波，速度降低，动量减小，熵值增 加，因而必有作用在气流上与来流方向相反的 力。同时，也有气流作用在物体上的力，这种 因激波存在而产生的阻力称为波阻
激波越强，波阻越大
43
8
激波的传播速度
Vs为激波向右的传播速度，激波后气体的运动速度 则为活塞向右移动的速度V
当把坐标系建立在激波面上时，激波前的气体以速 度V1＝Vs向左流向激波，经过激波后气体速度为V2 ＝Vs－V
9
应用动量方程:
A( p1 p2 ) m[(Vs V ) Vs ]
式中A为管道截面积，m 为通过激波的气体流量
m A1Vs
A( p1 p2 ) A1Vs[(Vs V ) Vs ]
VsV
p2 p1
1
应用连续方程:
A1Vs A2[(Vs V )]
V
2
2
1
Vs
（a） （b）
联立（a）和（b）得正激波的传播速度 ：
第八章激波
Vw>V
Vw
ΔP
V
Vw=V
Vw
稳定的激波位置
8.2
直激波（normal shock wave）
“直激波”—气流速度方向与波面垂直的激波。 8.2.1 正激波前后气流参数的关系
波后 波前
将坐标固结在波面上，成为定 V2 , p2 ,T2 ,ρ2 常流动。 由连续性方程，得：
1V 1 2 V 2
波前后，其他参数的关系： （1）密度关系
2 1
V1 V2 V1
2
1 V1
2 2
1 k 1
k 1 2 ( k 1)
C* C1
2 2
V1
2 2
V1
2 2
C1 C*
2 1
2 2
2 C1
V 1V 2
C*
2 1
C1
2 1
( k 1) M ( k 1) M
2 1
2
2 1
6M M
2 1
5
M 1
lim
2 1
6
6
M1
p2/p1
（2）压力关系
p2 p1
2k k 1
M
2 1
k 1 k 17Βιβλιοθήκη 6M2 1
1 6
M1 T2/T1
（3）温度关系
T2 T1 2 ( k 1) kM ( k 1) 2
2 1 1
1
1
2
(M
2 1
1)
wave
p0,T0 V≈0
p0 p* p
喉部
pe,Ve
pe ’ pe pe1 pe2 pe3
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激波产生的机理
激波产生的机理
激波是一种高速气体流动中的压力波，它是由于气体在高速运动时受到阻力而产生的。
激波在许多领域都有应用，比如医学、航空航天、汽车工业等。
了解激波产生的机理对于应用和研究都非常重要。
1. 气体流动基础知识
在了解激波产生的机理之前，需要先了解一些气体流动的基础知识。
气体流动可以分为亚音速流动、音速流动和超音速流动三种情况。
亚音速流动是指气体在低于声速时的流动状态；音速流动是指气体在声速时的状态；超音速流动是指气体在高于声速时的状态。
当气体从一个截面进入到另一个截面时，如果截面之间存在压力差，则会发生气体加速或减速，从而形成压力波。
2. 激波产生原理
当一个物体以超过声速（即超音速）移动时，它所处的区域内会形成一定程度上的真空，并且会形成一个震荡区域。
这个震荡区域就是激
波。
激波的产生可以分为两种情况：一种是物体在静止的气体中运动，另一种是气体在高速运动时受到阻力。
在第一种情况下，当物体以超过声速的速度向前移动时，在物体前方形成一个压缩区域，而在物体后方形成一个稀薄区域。
这个压缩区域就是激波。
在第二种情况下，当气体流经一个狭窄的通道或者经过一个弯曲的管道时，会形成局部的高速流动。
当这个高速流动受到阻力时，就会形成一个压缩区域和一个稀薄区域，从而产生激波。
3. 激波传播特性
激波具有很强的能量和破坏力。
它可以穿透固体和液体，并且能够使物质发生变形、断裂或燃烧等现象。
因此，在应用中需要对激波进行控制和调节。
激波传播的特性与其产生机理密切相关。
当气体流经一个截面时，如果截面之间存在压力差，则会产生压力波。
这个压力波可以通过气体传播，形成激波。
激波的传播速度与气体的性质、温度、压力等因素有关。
当气体的温度和压力变化很小时，激波的传播速度接近于声速。
当气体的温度和压力变化很大时，激波的传播速度可以高于声速。
4. 激波应用
激波在许多领域都有应用。
比如，在医学领域中，激波可以用于碎石治疗肾结石、胆结石等疾病；在航空航天领域中，激波可以用于飞机和导弹的空气动力学试验；在汽车工业中，激波可以用于发动机喷油系统、排放系统等方面。
总之，了解激波产生的机理对于应用和研究都非常重要。
通过控制和调节激波的传播特性，可以实现对其应用的控制和调节。