MHD1操作开始

science/mhd

无“音爆”的超声速飞行。

……想象一个透镜形剖面浸没在超声速气流中。会形成(附着的)激波,即平面波。其中两道波从前往缘出发,另外两道则位于后缘附近。透视图如下:

侧视图:

水力类比。

……有一种非常简单的方法,可以通过类比来理解激波的形成机制。在自由表面的液体流动中,表面波的传播相当于气体中声音的传播。例如,取一团静止的流体。一位钓鱼者盯着他的浮漂,轻轻拉了一下鱼线。浮漂会摆动,并引发圆形波,这些波会以每秒几厘米的速度传播:

……在你的浴缸里,上下移动一根牙签或火柴,也会得到同样的结果。

如果流体处于运动状态(俯视图),这些并非在同一时刻发出的圆形波会发生偏心:

……右图对应于“声速”运动。声波是气体中压力扰动的映像。这些水力类比实验,过去曾在我毕业的国立高等航空航天学院(Supaéro)教授,并作为实验课的内容。

……当流体以高于表面波传播速度的速度运动时,会发生什么?得到下图:

……物体发出的扰动会倾向于沿着从物体出发的两条线聚集。

……并非人人手边都有一条水道。因此,与其考虑置于液流中的静止物体,不如移动该物体,也能得到相同结果。你在浴缸的水中移动火柴,或移动更尖的木牙签尖端,也会如此。于是会形成所谓的“马赫波”。如果已知表面波的传播速度a和物体的移动速度V,就很容易计算马赫角a。

……反过来,如果测量这个角a,就可以计算流体的速度V。

……速度V越高,这些马赫波就越倾斜。

……溢流堰是一个极好的水力学实验室,其中速度V可变,并向下游增大。如果把火柴放入水中,就会观察到:

……另一个“水力学实验室”是排水沟。与流动水接触的路缘竖直表面上的粗糙凸起,会引发马赫波,液体通道另一端边缘的凸起也是如此。水面因此被这组波网划出条纹,这些波同时指示流动的方向和速度。流体沿马赫波的内角平分线流动。如果排水沟中的流动以恒定速度进行,液面就会被小波、马赫波划出条纹,形成“平行阴影线”:

……如果水的速度因坡度增大而向下游增大,波就会倾斜:

……如果流体因坡度减小而减速,则出现相反现象:

……在排水沟中,这种减速可能是由于水深变得相当浅时水与地面的摩擦造成的。如果你仔细观察流动,就会观察到:

……越接近“水边”,马赫波就越立起,因为地面摩擦使流动减速。当波变得与流动垂直时,速度已降至表面波的传播速度。流动已变成“亚声速”。在该区域,马赫波消失。如果把火柴或发夹浸入流动中,就可以验证这一点。

……因此,观察排水沟可以学到许多东西。

……如果排水沟转弯,会有两种情况。这是第一种:

……转过这个弯时,水会加速。就得到流体力学中所谓的“膨胀扇”。特征线倾斜表明这种加速。相应地,水的高度——相当于气体中的压力——会下降。可以通过画出第二族马赫波来补全此图:

……欲了解更多关于MHD的内容,请参阅我1983年在Belin出版社出版的漫画,地址为巴黎75006,Férou街8号。你也可以在“Cd-Lanturlu”上获得该画册的CD版。点击页面底部图标进入订购单。

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