Začátek MHD2
...V rozšiřující části supersonické trysky (např. dvourozměrné) se plyn zrychluje:
..Výše jsou znázorněny Machovy vlny v rozšiřující části raketového motoru. Tyto vlny se zdají odrážet od stěny. To je spojeno s podmínkou kompatibility toku na stěně: vnitřní osa úhlu mezi dvěma Machovými vlnami, nebo charakteristikami, představuje směr toku, který musí být tečný ke stěně.
...Rychlost zvuku je dosažena v zúžené části. Nade dno je plyn v subsonické rychlosti. Zrychluje se v rozšiřující části a tlak klesá. Raketový motor bude mít lepší účinnost, čím vyšší bude rychlost výfuku. Ale existuje i opačná stránka: plyny musí být vyvrhovány při tlaku rovném okolnímu tlaku, na výšce, kde tyto motory pracují. Tento jev se nazývá "přizpůsobení trysky". Pokud je rozšiřující část příliš výrazná, plyn bude vyvrhován při tlaku nižším než okolní (atmosférický) a objeví se vlny komprese. Machovy vlny se také nazývají "charakteristiky" toku. V raketovém motoru s osovou symetrií jsou tyto Machovy vlny kuželové. To znamená, že v každém bodě trysky, pokud by byl umístěn pevný překážka velikosti pískového zrnka, vyvolala by kuželovou Machovu vlnu.
..Vektor rychlosti by pak odpovídal polovině úhlu kužele. Čím vyšší je číslo Macha, tím ostřejší bude Machův kužel.
...Týmy letadel jsou vybaveny tryskami s proměnným průřezem, jejichž rozšiřující část se postupně otevírá, jak roste výška a klesá okolní tlak.
..Rozšiřující části trysky motorů jsou vybaveny "listy", které se otevírají hydraulickými váky, jak klesá tlak, což je přímo řízeno barometrickým měřením. Protože rychlost výfuku je vyšší, tyto motory mají lepší účinnost ve vysokých výškách.
...Ale vraťme se k našemu kanálu. Co se stane, když zatáčka vypadá takto:
...Na levé straně je "sblížená" část ne příliš výrazná. Charakteristiky (Machovy vlny) se snaží se zúžit, ale nepřekrývají se (nebo se překrývají mimo samotný tok). Dochází ke snížení "místního čísla Macha", rychlosti a zvýšení výšky vody (ekvivalent tlaku v plynu).
...Na pravé straně je zatáčka příliš výrazná. Machovy vlny se snaží překrývat. Vzniká "vlna" kapaliny, analogická vlně rázu v plynu. Tok prochází nespojitostí. Po vlně rázu rychlost klesá náhle, při průchodu vlnou.
..Ostrůvek lodi je také "sblížená" část. Pokud se loď pohybuje pomalu, nižší než rychlost šíření povrchových vln (tj. v "subsonickém" režimu), neexistují Machovy vlny. Korespondujícím způsobem zůstává hladina vody konstantní.
...Při vyšší rychlosti (V > a) lze pomocí počítače vypočítat geometrii teoretických Machových vln v dvourozměrném toku. Zjistíme, že se překrývají a snaží se soustředit:
...Na obrázku výše byly vypočteny teoretické Machovy vlny v plynném toku, řešením rovnic mechaniky kapalin (Navier-Stockes) kolem lenticulárního profilu, ponořeného do supersonického plynného toku, pomocí počítače (1979). Zjistíme, že Machovy vlny se snaží soustředit. Byla zobrazena pouze jedna rodina vln. Tato místa soustředění jsou "místa narození" vln rázu. Skutečně, tyto Machovy vlny jsou vlny komprese. Tento tok tedy není fyzicky reálný. Poznamenejme přítomnost dvou rozšiřujících ventilů na bocích profilu. Dva systémy vln rázu tedy vzniknou:
..Po vlně rázu se plyn "rázově" stlačí a jeho rychlost klesá. Tento jev probíhá v velmi malé tloušťce: několik setin milimetru.
..Po přední vlně rázu, po náhlém zpomalení, se plyn opět postupně zrychluje podél "rozsáhlého rozšiřujícího ventilu". Dokonce je "přeurychlý", takže musí vzniknout druhá vlna rázu, tzv. "vlna rázu na zadním okraji", na zadním okraji profilu, aby v následném toku znovu získala okolní tlak, podle principu uvedeného ve mé komiksu "Stěna ticha" (viz "CD-Lanturlu"):
Plyn by měl být nechán ve stavu, ve kterém byl při vstupu.
..Vektor rychlosti také prochází nespojitostí směru, pokud je přední okraj hranolový:
(fenomén podobný zadnímu okraji, pokud je také ve tvaru hranolu).
...Podívejme se, co to znamená v hydraulické analogii.
...Vidíme, že přeurychlení vody na bocích lodi způsobí objevení části trupu, která je v klidu pod vodní hladinou.
...Tyto systémy vln (v plynném toku nebo v kapalných tocích s volným povrchem) mění rozložení tlaku kolem profilu nebo trupu. Výsledkem je vlnový odpor, který se přidává k třecímu odporu. Při supersonickém letu (např. při letu Concorde) je vlnový odpor tak významný, že přesahuje mnohonásobně třecí odpor. Supersonický let tedy spotřebuje velké množství energie a letadla musí být vybavena silnými motory. Stejně tak tyto lety lze provádět pouze ve vysokých výškách, jinak by vlnový odpor byl neúměrně vysoký. Raketové letadlo nemůže běžně překročit Mach 1,2 na úrovni země.
Kam se tato energie děje? Rozptyluje se dvěma způsoby. Supersonická zařízení vytvářejí "hromový zvuk", který rozptyluje tuto energii velmi daleko, podobně jako vlna rázu vzniklá výbuchem. Vlna rázu také zahřívá vzduch, ale hlavní forma rozptylu je zvuková.
..Zde jsme představili systém "připojených vln". Pokud je přední část zařízení zaoblená (nůž nebo hrany křídel a ocasních ploch, v případě raketoplánu), vzniká vlna rázu v určité vzdálenosti od objektu. Rychlost je nulová v "bodě zastavení" toku, takže se stává subsonickou za vlnou, a následně dochází k opětovnému zrychlení.
..Rekomprese plynu za vlnou rázu je doprovázena zahřátím. Teplota v "bodě zastavení" rychle roste s číslem Macha (jako jeho druhá mocnina). Supersonická letadla tedy zažívají vysoké tepelné zátěže na svých předních částech (nůž, hrany). I když to způsobí zvýšení odporu, nůž nebo hrany musí být zaoblené při velmi vysokém čísle Macha (hypersonický režim), aby se rovnoměrně rozptýlilo teplo. Pamatujte na velmi zaoblený nůž experimentálního zařízení jako X-15.
..V případě těles vstupujících do atmosféry to není nevýhoda, protože naopak hledáme brzdění. Ruské vstupní kapsule jsou jednoduše kulaté. Americké kapsule mají významný "tepelný štít" nebo dochází k částečné ablači materiálu (nejsou navrženy pro použití déle než několik minut a musí být nahrazeny po každém vstupu, pokud je kapsule opětovně použitelná.
...V roce 1975 jsme se ptali na možný vývoj supersonický, a dokonce hypersonický (až do Mach 15) ve vzduchu v blízkosti střech. S konvenčním systémem (raketový motor nebo motor s přeplňováním, typ stato-raketový, s tepelným štítem nebo předními částmi chlazenými kapalným helium) jsou takové vysokorychlostní lety zcela neuskutečnitelné. Žádný systém by nemohl snést takový příliv tepla ani poskytnout potřebnou tahovou sílu, aby překonala tak vysoký vlnový odpor.
...Byl jsem první, kdo navrhl, že MHD může tento problém vyřešit (poznámka do Comptes Rendus Akademie věd v roce 1975 a článek ve vědeckém časopise Science et Vie v roce 1976). Je docela šokující vidět, jak některé skupiny lidí přebírají tuto myšlenku bez jakékoliv odkaz na toto předchůdce a když starý technik, plně nekompetentní v této oblasti, nyní na televizi prohlásí:
..- Nyní víme, jak provozovat letouny v supersonickém režimu, aniž by vytvářely rázové vlny.
to se stává zcela absurdním. Ale řekněme, že to je docela běžné ve vědeckotechnickém prostředí.
..Od roku 1975 jsme tedy položili otázku, jak by mohly být vlny rázu, které způsobují silný příliv tepla a vysoký vlnový odpor, zcela odstraněny. Pro zvládnutí tohoto problému je nutné dobře pochopit, proč se tyto vlny rázu tvoří.
..Když objekt vstupuje do hmoty plynu v subsonické rychlosti, jsou to zvukové vlny, které "předvěstují" plyn jeho příchod. Když objekt, i když zaoblený, vstupuje do plynu v subsonické rychlosti, začíná se plyn vzdalovat daleko předtím, než se objekt na něj dostane: