Beginn der MHD-Manipulation
Der supersonische Flug ohne "Knall".
...Stellen Sie sich einen linsenförmigen Profil in einem supersonischen Gasstrom vor. Schockwellen (angeheftete) werden entstehen, ebene Wellen. Zwei dieser Wellen werden vom Angriffskantenstart ausgehen und zwei andere werden sich in der Nähe der Ausflugkante befinden. In Perspektive:
Seitenansicht:
Hydraulische Analogie.
...Es gibt eine sehr einfache Möglichkeit, den Mechanismus der Schockwellenbildung durch Analogie zu verstehen. In einem flüssigen Strömung mit freier Oberfläche ist die Ausbreitung der Oberflächenwellen der Ausbreitung des Schalls in einem Gas gleichwertig. Nehmen wir beispielsweise eine ruhende Flüssigkeitsmasse. Ein Angler beobachtet seinen Schwimmer und zieht leicht an der Schnur. Dieser Schwimmer wird oszillieren und den Start von kreisförmigen Wellen auslösen, die sich mit einer Geschwindigkeit von einigen Zentimetern pro Sekunde ausbreiten:
...In Ihrer Badewanne können Sie das gleiche Ergebnis erzielen, indem Sie einen Zahnstocher oder eine Streichholz von unten nach oben bewegen.
Wenn der Flüssigkeitsstrom in Bewegung ist (von oben gesehen), werden diese kreisförmigen Wellen, die nicht zur gleichen Zeit ausgesendet wurden, sich verschieben:
...Das Bild rechts entspricht einer "schallähnlichen" Bewegung. Schallwellen sind das Bild einer Druckstörung in einem Gas. Diese hydraulischen Analogie-Experimente, die einst an der École Nationale Supérieure de l'Aéronautique (Supaéro), von der ich stamme, gelehrt wurden, waren Gegenstand von praktischen Arbeiten.
...Was passiert, wenn der Flüssigkeitsstrom schneller als die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwellen ist? Man erhält das folgende Bild:
..Die Störungen, die vom Objekt ausgesendet werden, neigen dazu, sich entlang zweier Linien, die vom Objekt ausgehen, zu sammeln.
...Nicht jeder hat einen Fluss in der Nähe. Daher kann man anstelle eines ruhenden Objekts in einem flüssigen Strom auch dieses bewegen und das gleiche Ergebnis erzielen. Sie können dies in Ihrem Badezimmer tun, indem Sie Ihr Streichholz oder die Spitze Ihres Holzstäbchens bewegen, das spitzer ist. Dann entstehen sogenannte "Mach-Wellen". Wenn man die Ausbreitungsgeschwindigkeit a der Oberflächenwellen und die Bewegungsgeschwindigkeit V des Objekts kennt, ist es einfach, den Mach-Winkel a zu berechnen.
...Umgekehrt, wenn man diesen Winkel a misst, kann man die Geschwindigkeit V des Fluids berechnen.
...Je höher die Geschwindigkeit V, desto stärker werden die Mach-Wellen liegen.
...Ein Abfluss ist ein hervorragendes hydraulisches Laboratorium, in dem die Geschwindigkeit V variabel ist und in Richtung des Abflusses zunimmt. Wenn Sie Ihr Streichholz in das Wasser legen, werden Sie Folgendes beobachten:
..Ein weiteres "hydraulisches Laboratorium" besteht aus einem Kanal. Die Unebenheiten an der vertikalen Oberfläche des Gehwegs, die mit dem fließenden Wasser in Kontakt sind, lösen Mach-Wellen aus, ebenso wie die, die die andere Endseite des Flüssigkeitskanals begrenzen. Die Wasseroberfläche wird dadurch von diesem Wellennetz gestreift, das sowohl die Richtung als auch die Geschwindigkeit der Strömung anzeigt. Das Fluid fließt entlang der inneren Winkelhalbierenden der Mach-Wellen. Wenn die Strömung im Kanal mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, wird die Flüssigkeitsoberfläche von Wellen, sogenannten Mach-Wellen, gestreift, die parallele "Hakenschnitte" bilden:
...Wenn die Wasser Geschwindigkeit zunimmt, in Richtung des Abflusses, weil die Neigung zunimmt, werden die Wellen sich legen:
..Umgekehrtes Phänomen, wenn sich die Flüssigkeit verlangsamt, weil die Neigung abnimmt:
..Diese Verlangsamung im Kanal kann auf die Reibung des Wassers am Boden zurückzuführen sein, wenn die Tiefe klein genug ist. Wenn Sie einen Fluss genau beobachten, werden Sie Folgendes beobachten:
...Die Mach-Wellen richten sich auf, je näher man dem "Wasser-Rand" kommt, da die Reibung am Boden die Strömung verlangsamt. Wenn die Wellen senkrecht zur Strömung stehen, hat sich die Geschwindigkeit bis zur Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwellen verringert. Die Strömung ist nun "unter-schallig". In diesem Bereich verschwinden die Mach-Wellen. Wenn Sie ein Streichholz oder eine Nadel in die Strömung tauchen, können Sie dies überprüfen.
...Es gibt also viel zu lernen aus der Beobachtung von Kanälen.
...Wenn der Kanal umgekehrt wird, gibt es zwei Fälle. Hier ist der erste:
..Beim Verlassen dieser Kurve wird das Wasser beschleunigt. Man erhält, was in der Fluiddynamik als "Entspannungskegel" bezeichnet wird. Die Tatsache, dass die Merkmale sich legen, signalisiert diese Beschleunigung. Korrelativ dazu wird die Wasserhöhe, die der Druck in einem Gas entspricht, sinken. Man kann dieses Bild vervollständigen, indem man die zweite Familie der Mach-Wellen hinzufügt:
....Um mehr über MHD zu erfahren, verweisen Sie auf das Comic, das ich 1983 bei Éditions Belin, 8 rue Férou, Paris 75006 veröffentlichte. Sie können auch die CD-Version dieses Albums auf dem "Cd-Lanturlu" erhalten. Zugang zum Bestellformular finden Sie, indem Sie auf das Symbol unten auf der Seite klicken.
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Zähler am 1. Juni 2000 initialisiert