Гиперзвуковое течение (видео обзоры)


Гиперзвуковое течение это
— течение газа с гиперзвуковыми скоростями. Особенности Г. т. начинают заметно проявляться при достаточно больших, но различных для тел разной формы (сфера, конус и т. п.) значениях Маха числа М. Поэтому и граница, отделяющая сверхзвуковое течение от Г. т., весьма условна. Для всех Г. т. характерным является большое значение отношения кинетическая энергия (энергии поступательного движения частиц газа) к внутренней (тепловой) энергии газа, равное по порядку величины М2. Вследствие этого в Г. т. относительное изменение температуры и других термодинамических параметров много больше относительного изменения скорости, и торможение обтекающего тело потока приводит к значительным возмущениям его параметров. При гиперзвуковом обтекании тел возникают интенсивные ударные волны и большая завихренность течения (см. Вихревое течение). Для расчёта таких течений становиться необходимым использование нелинейных уравнений движения, а также соотношений, описывающих термодинамику газа при больших температурах. Полёт летательного аппарата с гиперзвуковыми скоростями сопровождается сильным аэродинамическим нагреванием поверхности и значительными отличиями аэродинамических характеристик от аналогичных характеристик при сверхзвуковом полёте.

Особенности Г. т. удобно разделить на газодинамические, обусловленные большими значениями чисел М, и термодинамические, проявляющиеся при больших абсолютных температурах газа (характерных для гиперзвуковых режимов полёта летательных аппаратов).

Газодинамические особенности Г. т. связаны с относительными изменениями газодинамических переменных потока.
При обтекании тела однородным потоком газа с числом Маха в невозмущенном набегающем потоке М(∞) > > 1 мерой возрастания давления и внутренней энергии газа в возмущенной части поля течения служит при слабом влиянии вязкости параметр K1 = M(∞)sin(τ) ((τ) — характерный угол наклона поверхности тела к направлению невозмущенного потока). В случае K1 > > 1 за головной ударной волной существенно увеличивается плотность, многократно возрастают давление и температура газа. На границе возмущенного и невозмущенного потоков возникают тонкие, примыкающие к носовой части тела слои газа с относительно большой плотностью (так называемые ударные слои — см. Ньютона теория обтекания). При K1 > > 1 в общем балансе сил и энергии можно пренебречь давлением и внутренней энергией невозмущенного газа. Независимость (точнее слабая зависимость) характеристик течения от этих параметров набегающего потока — одно из важных свойств Г. т. Для случая совершенного газа это свойство равносильно независимости течения от значения М(∞) (закон стабилизации по числам Маха). Другая важная особенность течений с М > > 1, связанная с сильным торможением потока внутри пограничного слоя, — слабое влияние вязкости (температуры) невозмущенного газа на вязкость газа в пограничном слое. Поэтому в качестве характерного Рейнольдса числа Re, определяющего режим Г. т., принято использовать параметр Re0 = (ρ∞)V(∞)L/(μ)0, где (ρ∞), V(∞) — плотность и скорость набегающего потока, L — характерный размер тела, (μ)0 — характерное значение вязкости в пограничном слое. Для совершенного газа в качестве (μ)0 удобно выбирать вязкость при температуре торможения.

Особые газодинамические свойства присущи случаю гиперзвукового обтекания тонких тел (см. Тонкого тела теория), установленных под малыми углами к направлению однородного набегающего потока ((τ) < > 1). Для таких течений углы наклона головной ударной волны к направлению вектора V(∞) всюду малы, число Маха за волной (вне пограничного слоя) велико, а скорость газа меняется (в основном приближении) лишь в направлении, перпендикулярном V(∞). Последнее равносильно тому, что в системе координат, связанной с невозмущенным потоком, смещение частиц газа происходит лишь в плоскостях, перпендикулярных направлению движения. Течение в каждой из таких плоскостей не зависит от течения в остальных, что и составляет содержание закона плоских сечений из которого следует нестационарная аналогия. Согласно этой аналогии, обтекание тела невязким газом при (τ) < > 1 сводится к нестационарной задаче расширения (сжатия) бесконечного цилиндрического поршня, находящегося в покоящемся газе. Поперечное сечение поршня в момент времени t = x/V(∞), где x — координата, отсчитываемая от вершины тела и параллельная V(∞), совпадает с поперечным сечением тела в плоскости х.

Структура течения около тонкого тела существенно нарушается, если тело затуплено. Тогда на носовой части тела sin(τ) Гиперзвуковое течение 1, и возмущения потока в этой области течения относительно велики. По этой причине вблизи поверхности тела образуется слой сильно завихренного течения с относительно большими значениями энтропии (так называемый энтропийный слой). Возмущения давления распространяются вниз по потоку на расстояния много большие размера затупления и определяются в основном не формой, а сопротивлением затупления. В рамках нестационарной аналогии действие затупления равносильно сильному взрыву (мгновенному выделению энергии) на поверхности поршня в начальный момент его движения (так называемая аналогия с сильным взрывом).

При (τ) < > 1 и любых значениях τ оценивается параметром K2 = K2(K1 + 1)-2(Re01/2sin2(τ))-1. Режимы K2 < > 1 носят соответственно названия слабого, умеренного и сильного вязкого взаимодействия. При слабом влиянии разреженности газа (малых Кнудсена числах) и M(∞)(≈)1 значение Re0 > > l. Поэтому режимы сильного и умеренного вязкого взаимодействия (K2(≈)1) реализуются лишь на тонких телах ((τ) < > 1. Важным свойством течений с сильным или умеренным вязким взаимодействием является передачи возмущений вверх по потоку через дозвуковую часть пограничного слоя на расстояния, сравнимые с длиной тела. По этой причине изменение, например, давления в кормовой части тонкого тела может существенно перестроить всё поле течения без отрыва пограничного слоя.

К термодинамическим особенностям Г. т. относятся несовершенство газа (переменность удельных теплоёмкостей), отклонения от термодинамического равновесия и излучение газа. В частности, для воздуха при температурах T > 1000( )К удельной теплоёмкости уже существенно зависят от температуры, а примерно при T > 2000( )К — и от давления (см. Кинетика физико-химическая). В случае полёта в летательном аппарате в атмосфере Земли такие температуры достигаются на его лобовой поверхности соответственно при M(∞) > 4 и M(∞) > 8. Течения, в которых процессы установления в газе термодинамического равновесия не успевают за темпом изменения внешних воздействий, называются неравновесными. Предельные режимы неравновесных течений, когда указанные процессы практически не успевают развиваться вообще, называют замороженными. Замороженные течения воздуха и при больших температурах не отличаются от течений при T < 1000( )К, то есть соответствуют течению совершенного газа с показателем адиабаты (γ) = 1,4. На замороженные течения может оказать сильное влияние разреженность газа (см. Разреженных газов динамика). Эффекты неравновесности растут с уменьшением размеров тела и с увеличением высоты полёта. При движении летательного аппарата типа сферы с характерным размером Гиперзвуковое течение1 м в атмосфере Земли область неравновесных течений для скоростей V(∞) = 3—11 км/с начинается соответственно с высот H (≈) 40—60 км, а область замороженных — определяется высотами H > 70 км. При скоростях V(∞) > 9 км/с все указанные термодинамические эффекты могут сопровождаться интенсивным излучением газа (см. Радиационный тепловой поток). Изменения термодинамических свойств газа при больших температурах могут вызывать значительные изменения аэродинамических и особенно тепловых характеристик тел.

При аэродинамическом проектировании гиперзвуковых летательных аппаратов необходимо удовлетворить широкому комплексу требований не только к его аэродинамическим, но и к тепловым характеристикам. Большое число явлений, сопровождающих полёт летательного аппарата, исключает при этом возможность полного моделирования условий натурного обтекания в аэродинамических установках. Расчётные методы исследования Г. т. приобретают, таким образом, исключительно важное значение.

Источник: Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.

Видео

Полёт гиперзвуковой ракеты. Что осталось незамеченным? Детали, которые смогли увидеть не многие.

Полёт гиперзвуковой ракеты. Что осталось незамеченным? Детали, которые смогли увидеть не многие.

Путин показал кадры испытания гиперзвукового ракетного комплекса «Авангард»

Путин показал кадры испытания гиперзвукового ракетного комплекса «Авангард»

Запуск ракеты комплекса "АВАНГАРД" - Реакция иностранцев

Запуск ракеты комплекса "АВАНГАРД" - Реакция иностранцев

удар гиперзвуковой ракетой КИНЖАЛ по военным складам Ивано-Франковска. украина 19 марта 2022

удар гиперзвуковой ракетой КИНЖАЛ по военным складам Ивано-Франковска. украина 19 марта 2022

Закон Бернулли

Закон Бернулли

Новейшее оружие России - Авангард, Посейдон, Кинжал, Сармат

Новейшее оружие России -  Авангард, Посейдон, Кинжал, Сармат

США ПОКАЗАЛИ ОТВЕТ «САРМАТУ» И «КИНЖАЛУ» | гиперзвуковая ракета россии сша оружие авангард посейдон

США ПОКАЗАЛИ ОТВЕТ «САРМАТУ» И «КИНЖАЛУ» | гиперзвуковая ракета россии сша оружие авангард посейдон

Сверхзвук, Число Маха, скачки уплотнения - Основы авиации #9

Сверхзвук, Число Маха, скачки уплотнения - Основы авиации #9

Русская "месть" прилетит со скоростью 24000 км/час. Гиперзвуковая ракета «Авангард».

Русская "месть" прилетит со скоростью 24000 км/час. Гиперзвуковая ракета «Авангард».

УКРАИНА идут бои с ВСУ

УКРАИНА идут бои с ВСУ

Первое боевое применение гиперзвуковой ракеты «Кинжал» попало на видео

Первое боевое применение гиперзвуковой ракеты «Кинжал» попало на видео

США в УЖАСЕ! Ракета ЦИРКОН долетит за пять минут

США в УЖАСЕ! Ракета ЦИРКОН долетит за пять минут

Гиперзвуковое оружие и гиперскорость: как физика мешает военным сделать ракету своей мечты

Гиперзвуковое оружие и гиперскорость: как физика мешает военным сделать ракету своей мечты

РУССКИЙ ПАЛАЧ США РАЗОГНАЛСЯ ДО 7 КМ/С | оружие гиперзвуковая ракета глайдер ю-71 испытание видео

РУССКИЙ ПАЛАЧ США РАЗОГНАЛСЯ ДО 7 КМ/С | оружие гиперзвуковая ракета глайдер ю-71 испытание видео

Срочно! 5 мнут назад Китай успешно испытал гиперзвуковую ракету с дальностью в 40 тыс километров

Срочно! 5 мнут назад Китай успешно испытал гиперзвуковую ракету с дальностью в 40 тыс  километров

Гиперзвуковое оружие и геополитика стран [CR]

Гиперзвуковое оружие и геополитика стран [CR]

МиГ - 41: самый секретный проект ВПК / гиперзвуковая ракета кинжал

МиГ - 41: самый секретный проект ВПК / гиперзвуковая ракета кинжал

Появилось изображение гиперзвуковой ракеты для истребителя Су-57

Появилось изображение гиперзвуковой ракеты для истребителя Су-57

УКРАИНА ВС РФ солдаты Р.Кадырова "кого в плен-кому месть" "Азовсталь" завод Ильича и Мариуполь взяты

УКРАИНА ВС РФ солдаты Р.Кадырова "кого в плен-кому месть" "Азовсталь" завод Ильича и Мариуполь взяты

Америка тайно испытывает гиперзвуковую ракету после запуска Россией «Кинжала»

Америка тайно испытывает гиперзвуковую ракету после запуска Россией «Кинжала»
Поделиться или сохранить к себе:
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных, принимаю Политику конфиденциальности и условия Пользовательского соглашения.