基本介紹
- 中文名：波阻
- 外文名：Wave resistance
- 定義：與摩擦無關但由激波產生的阻力
- 形成原因：空氣遭到強烈的壓縮形成激波
- 產生作用：阻力係數Cx急驟地增長好幾倍
- 大小決定因素：激波的強度，激波越強，波阻越大
基本概念,形成原因,產生作用,影響因素,複合波阻技術波阻特性分析,
基本概念
熱力學中，在絕熱過程中只要熵增加，過程中必然存在著有用能的損失。這種機械能的損失，可以作如下的解釋：當超音速氣流繞過物體流動時，產生激波，熵增加，速度降低，動量減小，因而必有作用在氣流上與來流方向相反的力，即阻滯氣流的阻力；另一方面，對於激起激波的物體，也必然受到與上述作用力大小相等而與來流方向相同的反作用力，即流體作用在物體上的阻力。這種與摩擦無關但由激波產生的阻力。稱為波阻。波阻的大小取決於激波的強度，激波越強，波阻越大。
形成原因
當物體以音速或超音速運動時，擾動波的傳播速度等於或小于飛機前進速度，這樣，後續時間的擾動就會同已有的擾動波疊加在一起，形成較強的波，空氣遭到強烈的壓縮、而形成了激波。
空氣在通過激波時，受到薄薄一層稠密空氣的阻滯，使得氣流速度急驟降低，由阻滯產生的熱量來不及散布，於是加熱了空氣。加熱所需的能量由消耗的動能而來。在這裡，能量發生了轉化——由動能變為熱能。動能的消耗表示產生了一種特別的阻力。這一阻力由於隨激波的形成而來，所以就叫做波阻。從能量的觀點來看，波阻就是這樣產生的。
產生作用
從機翼上壓強分布的觀點來看，在超音速飛行情況下，壓強分布變化非常大，最大稀薄度向後遠遠地移動到尾部，而且向後傾斜得很厲害，同時它的絕對值也有增加。因此，如果不考慮機翼頭部壓強的升高，那么壓強分布沿與飛行相反方向的合力，急劇增大，使得整個機翼的總阻力相應有很大的增加。這附加部分的阻力就是波阻。由於它來自機翼前後的壓力差，所以波阻實際上是一種壓差阻力。當然，如果飛機或機翼的任何一點上的氣流速度不接過音速，是不會產生激波和波阻的。
阻力對於飛機的飛行性能有很大的影響，特別是在高速飛行時，激波和波阻的產生，對飛機的飛行性能的影響更大。這是因為波阻的數值很大，能夠消耗發動機一大部分動力。例如當飛行速度在音速附近時，根據計算，波阻可能消耗發動機大約全部動力的四分之三。這時阻力係數Cx急驟地增長好幾倍。這就是由於飛機上出現了激波和波阻的緣故。
影響因素
波阻的大小同激波的形狀有關，而激波的形狀在飛行M數不變的情況下，又主要決定於物體或飛機的形狀，特別是頭部的形狀。按相對於飛行速度（或氣流速度）成垂直或成偏斜的狀態，有正激波和斜激波兩種不同的形狀。成垂直的是正激波，成偏斜的是斜激波。
在飛行M數超過1時（例如M等於2），如果物體的頭部尖削，象矛頭或刀刃似的，形成的是斜激波；如果物體的頭部是方楞的或圓鈍的，在物體的前面形成的則是正激波。正激波沿著上下兩端逐漸傾斜，而在遠處成為斜激波，最後逐漸減弱成為弱擾動的邊界波。斜激波的情況也是一樣的，到末端也逐漸減弱而轉化為邊界波。在正激波之後的一小塊空間，氣流穿過正激波，消耗的動能很大，總是由超音速降低到亞音速，在這裡形成一個亞音速區。
M數的大小也對激波的形狀有影響。當M數等於1或稍大於1（例如M=1.042）時，在尖頭（如炮彈）物體前面形成的是正激波。如果M數超過1相當多（例如M=2.479），形成的則是斜激波。
正激波的波阻要比斜激波大，因為在正激波下，空氣被壓縮得很厲害，激波後的空氣壓強和密度上升的最高，激波的強度最大，當超音速氣流通過時，空氣微團受到的阻滯最強烈，速度大大降低，動能消耗很大，這表明產生的波阻很大；相反的，斜激波對氣流的阻滯較小，氣流速度降低不多，動能的消耗也較小，因而波阻也較小。斜激波傾斜的越厲害，波阻就越小。
複合波阻技術波阻特性分析
船舶結構大多數是薄壁鋼質結構，材料阻尼係數低，結構連續性好，是結構聲傳播的優良導體。為了增大結構聲的傳遞損失，通常會採用波阻技術，常見的有阻振質量、彈性夾層以及動力吸振器，但每一種波阻技術都存在先天不足，存在某一頻段的波阻效果很差的情況，有時甚至會增強結構的聲振傳導性。在不影響結構強度的前提下，如何提高整個頻段的波阻效果是一項非常有意義和具有挑戰性的研究課題。複合波阻技術能夠充分發揮各自的波阻優勢，有效提高整個頻段的波阻效果，近年來已成為結構聲學研究的熱點。
當阻振質量與彈性層構成動力吸振器時，其在某一特定頻段的波阻效果顯著，但其高頻波阻效果較差。採用“動力吸振器+阻振質量”，既能保證具有高頻波阻效果，還能提高某一特定頻段的阻抑效果，其對動力艙的結構噪聲的傳遞控制具有重要套用價值。
當阻振質量與彈性夾層構成複合波阻元件時，採用“阻振質量+彈性夾層”複合波阻技術可有效提高整個頻段的波阻效果，對於非主要承載構件的結構聲傳遞控制具有實際套用前景。“阻振質量+彈性夾層+阻振質量”可獲得更高的波阻效果，當採取橡膠螺釘連線時，可進一步擴大其套用範圍。
根據不同類型波阻元件的波阻特性，進行最佳化組合與合理布置，併科學選擇波阻元件的設計參數，能有效拓寬波阻頻帶，提高整個頻域的波阻效果。
