Скачок уплотнения


Скачок уплотнения — ударная волна, возникающая при обтекании тела потоком жидкости или газа, фронт которой сохраняет своё положение относительно этого тела[1].

Если какое-либо тело начинает разгоняться в воздухе (или другой подобной среде), оно создаёт впереди себя волну уплотнения, которая начинает распространяться со скоростью звука. Если в конце разгона скорость тела не превышает скорость звука в данной среде, то фронт волны уплотнения всё время удаляется от тела, в результате чего волна остаётся слабой. Если же тело разгоняется до сверхзвуковой скорости, то фронт волны уплотнения вынужден двигаться вместе с телом[2].

В первом случае фронт распространения волны перпендикулярен направлению движения тела, и такой скачок уплотнения называется прямым.

Скачок уплотнения, возникший на некотором расстоянии впереди обтекаемого потоком тела, называется отсоединённым[4][5]. Фронт отсоединённого скачка имеет криволинейную форму: по центру он — прямой, а по мере удаления от центра переходит в косой скачок уплотнения со всё большим углом наклона[6]. Отсоединённые скачки уплотнения возникают при обтекании тел с затупленой головной частью[7] или клиньев и конусов с большими углами раствора[8].

При сверхзвуковом обтекании сильно заострённых тел на их острой передней кромке возникает присоединённый скачок уплотнения[4][5]. Также присоединённый скачок уплотнения возникает и на хвостовой части тел, обтекаемых сверхзвуковым потоком (хвостовой скачок).

Так как скачок уплотнения представляет собой разновидность ударной волны, то при переходе через его фронт происходит скачкообразное увеличение давления, температуры и плотности газа[9]. Прирост давления и плотности больше для большей скорости распространения фронта волны[10]. Так как скорость распространения фронта прямого скачка равна скорости тела, а скорость распространения фронта косого скачка — меньше, то наибольший прирост давления и плотности (наибольшая интенсивность) будут иметь место для прямого скачка уплотнения. Интенсивность косого скачка уплотнения всегда будет меньше интенсивности прямого[11].