激波

你肯定能聽懂。激波,激烈的波,代表特征:激波掃過你時,重則五臟震動,支離破碎。輕則耳膜震動,隆隆作響,當然也有相對你而言尺度很小的激波,沒啥傷害。

所以激波,和相對于你的宏觀尺寸沒啥關系,那么這激烈既然不體現在尺寸上,那體現在哪里呢?我給你看一張圖:就是我們每天都會遇到的堵車。你懂堵車,你就能懂激波。堵車的時候,后面車速大于前面車速,導致這些車都擠在一起,形成了一個屏障面,激波的波面差不多就這個意思。

激波的圖1

只是在激波里,這些不再是車,而是氣體分子。

下面就說說氣體怎么淪落到這個局面形成激波的。

我擾動就形成了波,空氣中的波是縱波,也就是微觀粒子的振動方向和波的傳播方向是平行的,當然橫波就是粒子振動方向和波傳播方向垂直。

激波的圖2

咱們看這個縱波,雖然每一個質點都在原地晃動,但密度大的這個區域,或者說波,卻在向外傳播,傳播速度就是音速。因為波速相同,這些波保持著禮貌而又不失尷尬的距離,他們很開心。但我覺得好無聊,于是去梳妝臺取了點兒生活用品。

因為炸藥的力量,分子不再原地振動,而是邊振邊往外走,那波速度就在音速上疊加了分子向外運動速度,那當然就超音速,能趕上前面的波了,然后,隨炸藥爆炸能量的釋放,炸完之前,后面持續產生無數運動更快的波趕上前波,就像堵車,疊加再疊加,就成了壓力大,密度大,威力很強的波,就是激波。

激波的圖3

是不是很好理解。這種方式形成的激波,生活中很常見,

比如炸彈爆炸啊、JF22激波風洞啊、煙花鞭炮啊。有人說我也想造個激波試試,但又怕進局子、也不是科研人員,這三個對我不適用,激波還有沒有其它產生的方式呢。還真有,而且肯定適合你。

激波的圖4

咱剛剛是通過讓后面空氣分子向外動,這樣后波就能追上前波進行疊加,那如果不讓波自己追,咱幫他辦了呢。

第一個波產生后,我這雙造波神手,也就是波源,以音速追趕上這個波,然后就在它眼皮底下產生下一個波,那不直接就疊加了,然后波繼續傳,我繼續以音速跟著它,產生產生疊加疊加,這就是超音速飛機產生激波的原因。

飛機從亞音速到超音速,這一圈圈壓力波陣型絲滑變化,一直到音速,所有波在飛機前面疊加,形成垂直飛行方向的正激波,行稱“音障”。

激波的圖5

這時飛機如果繼續加速,穿過它,波的陣型就變成這樣,疊加成錐形波面,行稱“馬赫錐”。

激波的圖6

當然以上把飛機看成了點,實際飛機形狀復雜,這樣傾斜結構,會產生無數個錐形波面再次疊加,就成了激波。

激波掃過大地可不是普通的到此一游,甚至有戰斗機以激波為武器,低空飛行掃掠后大家就直接飛翔了。

對了,這里有必要說個常被用錯的圖,這是飛機周圍空氣膨脹降溫后水蒸氣析出形成的,這既不是馬赫錐,這個面也不是激波。

激波的圖7

那激波長啥樣呢,我的飛行執照還沒拿到上不了天,不能實驗。就用AICFD軟件模擬了一個飛行器,在仿真里看看激波的樣子。

激波的圖8

當然還有個紋影法,由于激波密度突變,利用光在不同密度中的折射不一樣的原理,顯示出激波。當然有時角度合適,肉眼也能直接看到。

激波的圖9


超音速飛機產生激波聽起來比炸藥靠譜吧,只要買個殲20啥的飛飛就行啦,不僅可以在沖破音障時自己感到激波的快樂,還可以讓親朋好友在地面都感受到激波的快樂。

總結:激波就是無數壓縮波疊加而成的強壓縮波區域,這里壓力大,密度大。主流觀點認為激波厚度微米量級,而氣體分子是主要是納米量級,激波厚度量級大概是它1000倍。

激波的圖10

再回頭看咱們的堵車,車長4米,堵個1000倍,4公里,是不是也是挺合理的范圍,激波厚度和堵車規律都是一致的,冥冥中如同有一雙手在操控,要不說科學的盡頭八成是神學。

根據我粗淺知識,只知道以上2種激波產生方式,還有知道其它的歡迎補充。至于以上兩種產生激波的方式,雖然外在看起來不太一樣,但內部本質原因能不能統一,統一后又是怎樣的理論,哎,一不小心又研究到可能得諾貝爾獎的范疇了,這還不得想一晚上,明天再說,拜拜~

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