高超声速空气动力学笔记

2024-08-01 17:52:22

目录

1.高超声速流的定义

2.高超声速流的特征

1.高马赫数

2.高压缩性——薄激波层和小密度比

3.强黏性效应

4.存在高熵层

5.高温效应

6.低密度效应（高空效应）

3.马赫锥

1.高超声速流的定义

Hypersonic Flow:速度远高于声速的流动。通常而言，将速度大于5倍声速（马赫数>5）的流动称为高超声速流。

这里需要注意区分超高速（Hypervelocity）[速度大于3km/s]。飞行问题的“高超声速”与风洞实验的“高超声速”不同，风洞实验会降低温度从而让声速变小。

2.高超声速流的特征

1.高马赫数

2.高压缩性——薄激波层和小密度比

来流马赫数越大，激波后气体压缩越大、密度越高，根据质量守恒，激波越贴近物面，即激波层越薄。对于无化学反应气体，激波前与激波后气体密度比趋近于1：6。

3.强黏性效应

液体黏性与温度成反比，气体黏性与温度成正比。高马赫数时，流体黏性影响显著增强，边界层厚度显著增大，这会改变物体的“有效外形”，带来黏性干扰问题。同时在薄激波层和厚边界层的共同影响下，经典的普朗特边界层理论失效。

4.存在高熵层

经过激波后熵增加，熵增大小取决于激波强度，强熵梯度气体层会覆盖飞行器表面构成熵层，强熵梯度会造成强旋度，熵层、边界层相互作用会造成涡干扰。

5.高温效应

6.低密度效应（高空效应）

分子的平均自由程相比于飞行器的特征长度将不可忽略，激波厚度增大，间断面假设、兰金雨贡关系失效；连续流假设失效，需要用分子运动论方法。

温度跳跃与速度滑移现象

3.马赫锥

超声速气流中，扰动波的传播区域局限在半顶角为的马赫锥内。

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