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波阻是一个科技名词。

中国文字是历史上最古老的文字之一[1]。也是至今通行的世界上最古老的文字。世界上还没有任何一种文字像汉字这样经久不衰。 从甲骨文发展到今天的汉字,已经有数千年的历史。文字的发展经过了甲骨文、金文、大篆、小篆、隶书[2]、草书、楷书、行书等书体演变。

名词解释

热力学中,在绝热过程中只要熵增加,过程中必然存在着有用能的损失。这种机械能的损失,可以作如下的解释:当超音速气流绕过物体流动时,产生激波,熵增加,速度降低,动量减小,因而必有作用在气流上与来流方向相反的力,即阻滞气流的阻力;另一方面,对于激起激波的物体,也必然受到与上述作用力大小相等而与来流方向相同的反作用力,即流体作用在物体上的阻力。这种与摩擦无关但由激波产生的阻力。称为波阻。波阻的大小取决于激波的强度,激波越强,波阻越大。

形成原因

当物体以音速或超音速运动时,扰动波的传播速度等于或小于飞机前进速度,这样,后续时间的扰动就会同已有的扰动波叠加在一起,形成较强的波,空气遭到强烈的压缩、而形成了激波。

空气在通过激波时,受到薄薄一层稠密空气的阻滞,使得气流速度急骤降低,由阻滞产生的热量来不及散布,于是加热了空气。加热所需的能量由消耗的动能而来。在这里,能量发生了转化——由动能变为热能。动能的消耗表示产生了一种特别的阻力。这一阻力由于随激波的形成而来,所以就叫做波阻。从能量的观点来看,波阻就是这样产生的。

产生作用

从机翼上压强分布的观点来看,在超音速飞行情况下,压强分布变化非常大,最大稀薄度向后远远地移动到尾部,而且向后倾斜得很厉害,同时它的绝对值也有增加。因此,如果不考虑机翼头部压强的升高,那么压强分布沿与飞行相反方向的合力,急剧增大,使得整个机翼的总阻力相应有很大的增加。这附加部分的阻力就是波阻。由于它来自机翼前后的压力差,所以波阻实际上是一种压差阻力。当然,如果飞机或机翼的任何一点上的气流速度不接过音速,是不会产生激波和波阻的。

阻力对于飞机的飞行性能有很大的影响,特别是在高速飞行时,激波和波阻的产生,对飞机的飞行性能的影响更大。这是因为波阻的数值很大,能够消耗发动机一大部分动力。例如当飞行速度在音速附近时,根据计算,波阻可能消耗发动机大约全部动力的四分之三。这时阻力系数Cx急骤地增长好几倍。这就是由于飞机上出现了激波和波阻的缘故。

影响因素

波阻的大小同激波的形状有关,而激波的形状在飞行M数不变的情况下,又主要决定于物体或飞机的形状,特别是头部的形状。按相对于飞行速度(或气流速度)成垂直或成偏斜的状态,有正激波和斜激波两种不同的形状。成垂直的是正激波,成偏斜的是斜激波。

在飞行M数超过1时(例如M等于2),如果物体的头部尖削,象矛头或刀刃似的,形成的是斜激波;如果物体的头部是方楞的或圆钝的,在物体的前面形成的则是正激波。正激波沿着上下两端逐渐倾斜,而在远处成为斜激波,最后逐渐减弱成为弱扰动的边界波。斜激波的情况也是一样的,到末端也逐渐减弱而转化为边界波。在正激波之后的一小块空间,气流穿过正激波,消耗的动能很大,总是由超音速降低到亚音速,在这里形成一个亚音速区。

M数的大小也对激波的形状有影响。当M数等于1或稍大于1(例如M=1.042)时,在尖头(如炮弹)物体前面形成的是正激波。如果M数超过1相当多(例如M=2.479),形成的则是斜激波。

正激波的波阻要比斜激波大,因为在正激波下,空气被压缩得很厉害,激波后的空气压强和密度上升的最高,激波的强度最大,当超音速气流通过时,空气微团受到的阻滞最强烈,速度大大降低,动能消耗很大,这表明产生的波阻很大;相反的,斜激波对气流的阻滞较小,气流速度降低不多,动能的消耗也较小,因而波阻也较小。斜激波倾斜的越厉害,波阻就越小。

参考文献