馬赫反射

馬赫反射是一個超音速流體動力中的現象,以恩斯特·馬赫為名,是一個包含有三種模式的反射激波。

當入射角大於極值角時,理論上就不可能有規則反射了。在這種入射角下,觀察到的是馬赫型的反射。這種類型的反射由交於一點的三道激波組成,同時在這個交點產生密度不連續線或滑線。

基本介紹

  • 中文名:馬赫反射
  • 外文名:Maher reflex
  • 類別:超音速流體動力中的現象
  • 命名:恩斯特·馬赫
  • 類別:氣體動力學術語
  • 定義:包含有三種模式的反射激波
概述,基本原理,馬赫反射的種類,

概述

馬赫型激波系或三叉激波圖型的早期理論研究,都是利用在規則反射中用得很成功的假設去進行的。這種簡單理論假設在三叉激波型附近流動是定常的,兩兩相鄰的激波之間的地區里壓強都是均一的。這樣計算出來的數值,在入射激波很強時,一般地都和少量的風洞實驗結果以及激波管的觀察結果相符合。不過,對於弱激波,已經發現這個簡單理論是不適用的。
這所謂的激波相互作用的簡單理論,在規則反射時很成功,在弱激波的三叉波繫上不成功,引起了很多人的驚訝。這種表現的矛盾吸引了許多人的注意力。
大多數注意力集中在賦予三叉點以特種數學奇點的可能性上,這三叉點就是三道激波相遇的一點。在激波管中,馬赫反射的三叉點,據觀察,是按該處的相似原理從反射角落作直線運動的,它的確定,自然超出了定常三波相交的簡單理論的範圍。從激波奇點的考慮,得到了這個方向的理論值定性的而不是定量的相符合,它是作為初始激波強度和反射角的函式來處理的,實際上沒有觀察到激波的曲率有任何的奇性,所以把三叉點附近的激波當作直波處理是合理的。

基本原理

馬赫反射可以在非穩態、擬穩態(pseudosteady)及穩態流動中出現。
當一個激波沿著一個固態的邊緣傳導時,激波撞擊所形成沿著邊緣的流場會產生一個二次反射激波,使的該流場會平行於邊緣。在反射點上的流場在該區域是穩定的,而這樣的現象便稱為擬穩態流。當邊緣和主要激波的角度大到一定程度,單一的反射激波不足以使的流場轉為平行於邊緣,進而發生馬赫反射的現象。
在穩態流場中,如果一個斜邊被放入一個穩定的超音速流場,而該斜邊所產生的激波衝擊到平行於流場的壁面上時,激波會使得流場轉向壁面,而會須要反射激波將流場轉回平行於牆面的狀態。當入射波超過某個角度時,反射激波產生的抵銷作用不足以將流場轉回來,便會產生一個可以觀察到的馬赫反射現象。馬赫反射存在有三個種類的激波,也就是事件激波(incident shock)、反射激波(reflected shock)、和馬赫桿(Mach stem)及滑動面。這三股激波波交會的地方就是二維上的“三波點”,或是三圍維上的雙重激波。

馬赫反射的種類

唯一可以存在於穩態流場中的馬赫反射是直接馬赫反射。其中,馬赫桿(Mach stem )是凸離流場來向,而且滑移面(slip plane)是斜向反射面。在不穩態流中,三波點(triple point)可能會遠離表面,也有可能產生三波點對表面保持相對平穩的狀態(平穩馬赫反射stationary Mach reflection),或是朝向表面移動(反馬赫反射 inverse Mach reflection).在反馬赫反射中,馬赫乾是曲向流場來向,而滑動面則是斜離反射面。

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