Гіперзвукова швидкість - це

Загальні відомості

Політ на гіперзвукової швидкості є частиною надзвукового режиму польоту і здійснюється в надзвуковому потоці газу. Надзвуковий потік повітря докорінно відрізняється від дозвукового і динаміка польоту літака при швидкостях вище швидкості звуку (вище 1,2 М) кардинально відрізняється від дозвукового польоту (до 0,75 М, діапазон швидкостей від 0,75 до 1,2 М називається трансзвуковой швидкістю ).

Визначення нижньої межі гіперзвукової швидкості зазвичай пов'язане з початком процесів іонізації і дисоціації молекул в прикордонному шарі (ПС) близько апарату, який рухається в атмосфері, що починає відбуватися приблизно при 5 М. Також дана швидкість характеризується тим, що прямоточний повітряно-реактивний двигун ( « ПВРД ») з дозвуковим згоряння палива (« СПВРД ») стає марним через надзвичайно високого тертя, яке виникає при гальмуванні проходить повітря в двигуні цього типу. Таким чином, в гіперзвуковому діапазоні швидкостей для продовження польоту можливо використання тільки ракетного двигуна або гіперзвукового ПВРД (ГПВРД) з надзвуковим згоряння палива.

характеристики потоку

У той час як визначення гіперзвукового потоку (ГП) є досить спірним через відсутність чіткої межі між надзвуковим і гіперзвуковим потоками, ДП може характеризуватися певними фізичними явищами, які вже не можуть бути проігноровані при розгляді, а саме:

тонкий шар ударної хвилі;
освіту вузьких ударних шарів;
поява хвиль нестійкості в ПС, не властивих до- і надзвукових потоків [1];
високотемпературний потік [2].

Тонкий шар ударної хвилі

У міру збільшення швидкості і відповідних чисел Маха, щільність позаду ударної хвилі (УВ) також збільшується, що відповідає зменшенню обсягу ззаду від УВ завдяки збереженню маси. Тому, шар ударної хвилі, тобто обсяг між апаратом і УВ стає тонким при високих числах Маха, створюючи тонкий прикордонний шар (ПС) навколо апарата.

Освіта вузьких ударних шарів

Частина великий кінетичної енергії, укладеної в повітряному потоці, при М> 3 (в'язка течія) перетворюється у внутрішню енергію за рахунок в'язкого взаємодії. Збільшення внутрішньої енергії реалізується в зростанні температури. Так як градієнт тиску, спрямований по нормалі до потоку в межах прикордонного шару, приблизно дорівнює нулю, істотне збільшення температури при великих числах Маха призводить до зменшення щільності. Таким чином, ПС на поверхні апарату зростає і при великих числах Маха зливається з тонким шаром ударної хвилі поблизу носової частини, утворюючи в'язкий ударний шар.

Поява хвиль нестійкості в ПС, не властивих до- і надзвукових потоків

У важливій проблемі переходу ламінарного течії в турбулетность для випадку обтікання літального апарату ключову роль відіграють хвилі нестійкості, що утворюються в ПС. Зростання і подальше нелінійна взаємодія таких хвиль перетворює спочатку ламінарний потік в турбулентний плин. На до- і надзвукових швидкостях ключову роль в ламінарно-турбулентному переході грають хвилі Толмін-Шлихтинга, що мають вихрову природу. Починаючи з М = 4,5 в ПС з'являються і починають домінувати хвилі акустичного типу (II мода чи мекавская мода), завдяки яким відбувається перехід в турбулентність при класичному сценарії переходу (існує також by-pass механізм переходу) [1].

високотемпературний потік

Високошвидкісний потік в лобовій точці апарату (точці або області гальмування) викликає нагрівання газу до дуже високих температур (до декількох тисяч градусів). Високі температури, в свою чергу, створюють нерівноважні хімічні властивості потоку, які полягають в дисоціації і рекомбінації молекул газу, іонізації атомів, хімічним реакціям в потоці і з поверхнею апарату. У цих умовах можуть бути істотні процеси конвекції і радіаційного теплообміну [2].

параметри подібності

Параметри газових потоків прийнято описувати набором критеріїв подібності. які дозволяють звести практично нескінченне число фізичних станів в групи подібності і які дозволяють порівнювати газові потоки з різними фізичними параметрами (тиск, температура, швидкість та ін.) між собою. Саме на цьому принципі засноване проведення експериментів в аеродинамічних трубах і перенесення результатів цих експериментів на реальні літальні апарати, незважаючи на те, що в трубних експериментах розмір моделей, швидкості потоку, теплові навантаження та ін. Можуть сильно відрізнятися від режимів реального польоту, в той же час, параметри подібності (числа Маха, Рейнольдса, Стантона та ін.) відповідають польотним.

Для транс- і надзвукового або стискається потоку, в більшості випадків таких параметрів як число Маха (відношення швидкості потоку до місцевої швидкості звуку) і Рейнольдса досить для повного опису потоків. Для гіперзвукового потоку даних параметрів часто буває недостатньо. По-перше, що описують форму ударної хвилі рівняння стають практично незалежними на швидкостях від 10 М. По-друге, збільшена температура гіперзвукового потоку означає, що ефекти, пов'язані з недосконалим газам стають помітними.

Для інженерних додатків У. Д. Хейес розвинув параметр подібності, близький до правилом площ Віткомба. який дозволяє інженерам застосовувати результати однієї серії випробувань або розрахунків, виконаних для однієї моделі, до розробки цілого сімейства подібних конфігурацій моделей, при цьому не проводячи додаткових випробувань або докладних розрахунків.

список режимів

Гіперзвукової потік поділяється на безліч окремих випадків. Віднесення ДП до одного чи іншого режиму потоку представляється складним завданням через «розмиття» кордонів станів, при яких це явище в газі виявляється або стає помітним з точки зору використовуваного математичного моделювання.

ідеальний газ

В даному випадку, що проходить повітряний потік може розглядатися як потік ідеального газу. ДП в даному режимі все ще залежить від чисел Маха і моделювання керується температурними інваріантами. а не адіабатичній стінкою. що має місце при менших швидкостях. Нижня межа цієї області відповідає швидкостям близько 5 М, де СПВРД з дозвуковим згорянням стають неефективними, і верхня межа відповідає швидкостям в районі 10-12 М.

Ідеальний газ з двома температурами

Є частиною випадку режиму потоку ідеального газу з великими значеннями швидкості, в якому проходить повітряний потік може розглядатися хімічно ідеальним, але вібраційна температура і обертальна температура газу [3] повинні розглядатися окремо, що призводить до двох окремих температурним моделям. Це має особливе значення при проектуванні надзвукових сопел. де вібраційне охолодження через порушення молекул стає важливим.

дисоційованому газ

іонізований газ

В даному випадку, кількість втрачених атомами електронів стає істотним і електрони повинні моделюватися окремо. Часто температура електронного газу розглядається ізольовано від інших газових компонентів. Цей режим відповідає діапазону швидкостей ДП 10-12 км / с (> 25 М) і стан газу в даному випадку описується за допомогою моделей безизлучательной або невипромінюючі плазми.

Режим домінування променевого переносу

На швидкостях вище 12 км / с передача тепла апарату починає відбуватися в основному через променевої перенесення, який починає домінувати над термодинамічних перенесенням разом з ростом швидкості. Моделювання газу в даному випадку поділяється на два випадки:

оптично тонкий - в даному випадку мається на увазі, що газ не перепоглощает випромінювання, яке приходить від інших його частин або обраних одиниць обсягу;
оптично товстий - де враховується поглинання випромінювання плазмою, яке потім переизлучается в тому числі і на тіло апарату.

Моделювання оптично товстих газів є складним завданням, так як через обчислення радіаційного переносу в кожній точці потоку обсяг обчислень зростає експоненціально разом з ростом кількості розглянутих точок.

Примітки

Дивитися що таке "Гіперзвукова швидкість" в інших словниках:

Гіперзвукова швидкість - 1) швидкість V газу, набагато перевищує місцеву швидкість звуку a: V >> a (Маху число M >> 1). 2) Р. с. польоту швидкість літального апарату, набагато перевищує швидкість звуку в невозмущенном потоці (часто за політ з Г. с. приймають політ зі ... ... Енциклопедія техніки

гіперзвукова швидкість - Швидкість газу, набагато перевищує місцеву швидкість звуку. [ГОСТ 23281 78] Тематики аеродинаміка літальних апаратів Узагальнюючі терміни характеристики течії газу EN hypersonic velocity ... Довідник технічного перекладача

гіперзвукова швидкість - гіперзвукова швидкість # 151; 1) швидкість V газу, набагато перевищує місцеву швидкість звуку a: V >> a (Маху число M >> 1). 2) Р. с. польоту # 151; швидкість літального апарату, набагато перевищує швидкість звуку в невозмущенном потоці (часто за ... Енциклопедія «Авіація»

Гіперзвуковою швидкістю - польоту швидкість польоту ЛА, що значно перевищує швидкість звуку на даній висоті; при цьому Маха число польоту Моо >> 1 (часто приймають Моо> 5). Політ з Г. с. характеризується утворенням інтенсивних ударних хвиль і значить. підвищенням темп ри ... ... Великий енциклопедичний політехнічний словник

Надзвукова швидкість - Політ F 18 в трансзвуковом режимі. Надзвукова швидкість швидкість частинок речовини вище швидкості звуку для даної речовини або ск ... Вікіпедія

гіпердибистиқ жилдамдиқ - (Гіперзвукова швидкість) ұшқиши бар Немес ұшқишсиз ұшатин аппаратиң дибис жилдамдиғинан 5 есе артиқ жилдамдиғи (яғні, жилдамдиғи сағатина 6000 км ден 28400 км ге дейін) ... Казахський тлумачний термінологічний словник з військової справи

Гіперзвукової літальний апарат - політ ракетоплана X 15 першого в історії ГЛА літака, що здійснював cуборбітальние пілотовані космічні польоти ... Вікіпедія

Гіперзвук - Цю статтю слід вікіфіціровать. Будь ласка, оформіть її згідно з правилами оформлення статей ... Вікіпедія