MHD1操作开始
无“音爆”的超音速飞行。
...设想一个透镜形物体浸入超音速气流中。将产生附着的激波,即平面波。其中两条波将从前缘发出,另外两条则出现在后缘附近。从透视角度看:
侧视图:
水力类比。
...有一种非常简单的方法,通过类比来理解激波形成的机制。在自由表面的液体流动中,表面波的传播相当于气体中的声波传播。例如,考虑一个静止的流体质量。一个钓鱼者观察着浮标,并轻轻拉他的钓线。这个浮标将产生振动,并引发圆形波纹,这些波纹以每秒几厘米的速度传播:
...在你的浴缸中,你也可以通过上下移动一根牙签或火柴来达到同样的效果。
如果流体在运动(俯视图),这些不是同时发出的圆形波纹将发生偏移:
...右边的图像是“音速”运动。声波是气体中压力扰动的图像。这些水力类比实验,过去曾在法国国家航空高等学院(Supaéro)教授,我就是从那里毕业的,曾作为实验课程进行过。
...当流体的速度超过表面波的传播速度时会发生什么?你会得到下面的图示:
..物体发出的扰动会倾向于沿着从物体出发的两条线聚集。
...并不是每个人都能随手找到一条河流。因此,我们可以考虑将静止的物体放在液流中,也可以反过来移动物体,从而得到相同的结果。你也可以在浴缸中用火柴或木制牙签的尖端移动,同样会形成所谓的“马赫波”。如果知道表面波的传播速度a和物体的移动速度V,就很容易计算出马赫角α。
...反过来,如果测量这个角度α,就可以计算出流体的速度V。
...马赫波越平,说明这个速度V越高。
...一个溢流口是一个很好的水力实验室,其中速度V是可变的,并且向下游逐渐增加。如果你把火柴放在水中,你会观察到以下现象:
..另一个“水力实验室”是由一个沟渠构成的。在与流动水接触的垂直路面上的粗糙度,会引发马赫波,就像在液渠另一端边缘的粗糙度一样。水的表面因此被这些波纹网络所覆盖,这些波纹既指示了流动的方向,也指示了流动的速度。流体沿着马赫波的内角分界线流动。如果沟渠中的流动以恒定速度进行,液面就会被马赫波形成的“平行条纹”所覆盖:
...如果水流速度随着下游增加而增加,因为坡度增加,波纹就会变得平缓:
..如果流体速度减慢,因为坡度减小,就会出现相反的现象:
..在沟渠中,流体速度的减慢可能是由于水流在较浅的深度时与底部的摩擦。如果你仔细观察流动,你会看到以下现象:
...随着接近“水面”,马赫波会逐渐竖起,因为底部的摩擦减缓了流动。当波纹与流动方向垂直时,流速已经降低到与表面波传播速度相同。流动变成了“亚音速”。在这个区域,马赫波消失。如果你把一根火柴或发针放入流动中,你可以验证这一点。
...因此,通过观察沟渠,我们可以学到很多东西。
...如果沟渠是弯曲的,就会出现两种情况。这里是第一种情况:
..在转弯时,水流会加速。这在流体力学中被称为“膨胀扇”。特征线的倾斜表明了这种加速。相应地,水位(相当于气体中的压力)会下降。我们可以通过添加第二组马赫波来完善这个图:
....有关MHD的更多信息,请参阅我于1983年在Belin出版社出版的漫画书,地址是巴黎第七区Férou街8号。你也可以在“Cd-Lanturlu”上获得该漫画的CD版本。点击页面底部的图标即可访问订购单。
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计数器于2000年6月1日初始化