激波阻力

激波阻力

激波阻力,空氣在通過激波時,受到薄薄一層稠密空氣的阻滯,使得氣流速度急驟降低,由阻滯產生的熱量來不及散布,於是加熱了空氣。後續時間的擾動就會同已有的擾動波疊加在一起,形成較強的波,空氣遭到強烈的壓縮、而形成了激波。

激波阻力

飛機在空氣中飛行時,前端對空氣產生擾動,這個擾動以擾動波的形式以音速傳播,當飛機的速度小於音速時,擾動波的傳播速度大于飛機前進速度,因此它的傳播方式為四面八方;而當物體以音速或超音速運動時,擾

激波阻力激波阻力
動波的傳播速度等於或小于飛機前進速度,這樣,後續時間的擾動就會同已有的擾動波疊加在一起,形成較強的波,空氣遭到強烈的壓縮、而形成了激波。

空氣在通過激波時,受到薄薄一層稠密空氣的阻滯,使得氣流速度急驟降低,由阻滯產生的熱量來不及散布,於是加熱了空氣。加熱所需的能量由消耗的動能而來。在這裡,能量發生了轉化--由動能變為熱能。動能的消耗表示產生了一種特別的阻力。這一阻力由於隨激波的形成而來,所以就叫做"波阻"。從能量的觀點來看,波阻就是這樣產生的。

從機翼上壓強分布的觀點來看,波阻產生的情況大致如下;根據對機翼所作的實驗,在超音速飛行時,機翼上的壓強分布如圖所示。在亞音速飛行情況下,機翼上只有摩擦阻力、壓差阻力和誘導阻力。它的壓力分布如圖中虛線所示。對圖中兩種不同的飛行情況壓強分布加以比較,可以看出:在亞音速飛行情況下,最大稀薄度靠前,壓強分布沿著與飛行相反的方向上的合力,不是很大,即阻力不是很大,其中包括翼型阻力和誘導阻力。

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可是在超音速飛行情況下,壓強分布變化非常大,最大稀薄度向後遠遠地移動到尾部,而且向後傾斜得很厲害,同時它的絕對值也有增加。因此,如果不考慮機翼頭部壓強的升高,那么壓強分布沿與飛行相反方向的合力,急劇增大,使得整個機翼的總阻力相應有很大的增加。這附加部分的阻力就是波阻。由於它來自機翼前後的壓力差,所以波阻實際上是一種壓差阻力。當然,如果飛機或機翼的任何一點上的氣流速度不接過音速,是不會產生激波和波阻的。

阻力對於飛機的飛行性能有很大的影響,特別是在高速飛行時,激波和波阻的產生,對飛機的飛行性能的影響更大。這是因為波阻的數值很大,能夠消耗發動機一大部分動力。例如當飛行速度在音速附近時,根據計算,波阻可能消耗發動機大約全部動力的四分之三。這時阻力係數Cx急驟地增長好幾倍。這就是由於飛機上出現了激波和波阻的緣故。

由上面所說的看來,波阻的大小顯然同激波的形狀有關,而激波的形狀在飛行M數不變的情況下;又主要決定於物體或飛機的形狀,特別是頭部的形狀。按相對於飛行速度(或氣流速度)成垂直或成偏斜的狀態,有正激

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波和斜激波兩種不同的形狀。成垂直的是正激波,成偏斜的是斜激波。

在飛行M數超過 1時(例如M等於 2),如果物體的頭部尖削,象矛頭或刀刃似的,形成的是斜激波;如果物體的頭部是方楞的或圓鈍的,在物體的前面形成的則是正激波。正激波沿著上下兩端逐漸傾斜,而在遠處成為斜激波,最後逐漸減弱成為弱擾動的邊界波。斜激波的情況也是一樣的,到末端也逐漸減弱而轉化為邊界波。在正激波之後的一小塊空間,氣流穿過正激波,消耗的動能很大,總是由超音速降低到亞音速,在這裡形成一個亞音速區。

M數的大小也對激波的形狀有影響。當M數等於 1或稍大於 1(例如M= 1.042)時,在尖頭(如炮彈)物體前面形成的是正激波。如果M數超過1相當多(例如M=2.479),形成的則是斜激波。

正激波的波阻要比斜激波大,因為在正激波下,空氣被壓縮得很厲害,激波後的空氣壓強和密度上升的最高,激波的強度最大,當超音速氣流通過時,空氣微團受到的阻滯最強烈,速度大大降低,動能消耗很大,這表明產生的波阻很大;相反的,斜激波對氣流的阻滯較小,氣流速度降低不多,動能的消耗也較小,因而波阻也較小。斜激波傾斜的越厲害,波阻就越小。

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