Сверхзвуковая скорость
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Сверхзвукова́я ско́рость — скорость частиц вещества выше скорости звука для данного вещества или скорость тела, движущегося в веществе с более высокой скоростью, чем скорость звука для данной среды.
Содержание |
[править] Теория
В аэродинамике часто скорость характеризуют числом Маха, которое определяется следующим образом: 
, где u — скорость движения потока или тела, cs — скорость звука в среде. Звуковая скорость определяется как 
, где γ — показатель адиабаты среды (для идеального n-атомного газа, молекула которого обладает i степенями свободы он равен 
). Здесь i = np + nr + 2nc – полное число степеней свободы молекулы. При этом, количество поступательных степеней свободы np = 3. Для линейной молекулы количество вращательных степеней свободы nr = 2, количество колебательных степеней свободы (если есть) nc = 3n − 5. Для всех других молекул nr = 3, nc = 3n − 6.
При движении в среде со сверхзвуковой скоростью тело обязательно создаёт за собой звуковую волну. При равномерном прямолинейном движении фронт звуковой волны имеет конусообразную форму, с вершиной в движущемся теле. Излучение звуковой волны обуславливает дополнительную потерю энергии движущимся телом (помимо потери энергии вследствие трения и прочих сил).
Аналогичные эффекты испускания волн движущимися телами характерны для всех физических явлений волновой природы, например: черенковское излучение, волна создаваемая судами на поверхности воды.
[править] Классификация скоростей в атмосфере
При обычных условиях в атмосфере скорость звука составляет примерно 331 м/сек. Более высокие скорости иногда выражаются в числах Маха и соответствуют сверхзвуковым скоростям, при этом гиперзвуковая скорость является частью этого диапазона. НАСА определяет "быстрый" гиперзвук в диапазоне скоростей 10-25 М, где верхний предел соответствует первой космической скорости. Скорости выше не считаются гиперзвуковой скоростью, а «скоростью возврата» космических аппаратов на Землю.
| Сравнение режимов: | ||||
|---|---|---|---|---|
| Режим | Махи | км/ч | м/сек | Общие характеристики аппарата |
| Дозвук | <1.0 | <1,230 | <340 | Наиболее часто самолет с пропеллером или с ТРД, прямые крылья. |
| Трансзвук | 0.8-1.2 | 980-1,475 | 270-410 | Воздухозаборники и слегка скошенные назад крылья, сжимаемость воздуха становится заметной. |
| Сверхзвук | 1.0-5.0 | 1,230-6,150 | 340-1,710 | Более острые края плоскостей, хвостовое оперение служит стабилатором, то есть полностью контролирует полет. |
| Гиперзвук | 5.0-10.0 | 6,150-12,300 | 1,710-3,415 | Охлаждаемый никелево-титановый корпус, небольшие крылья. |
| Быстрый гиперзвук | 10.0-25.0 | 12,300-30,740 | 3,415-8,465 | Силиконовые плитки для теплозащиты, несущие тело аппарата вместо крыльев. |
| Скорость возврата | >25.0 | >30,740 | >8,465 | Аблативный тепловой экран, нет крыльев, форма капсулы. |
