Изменение параметров газа при возмущении скорости

Возмущение скорости = 1 %	Число Маха	Изменение параметров, %

	5,6		1,6	0,4
				2,5
	89,6		25,6	6,4

В этих условиях многие выводы линейной теории становятся неприменимыми, так как линеаризация уравнений движения становится невозможной. При теоретическом изучении обтекания тел гиперзвуковым потоком приходится исследовать нелинейные уравнения.

К другим особенностям гиперзвуковых течений можно отнести следующие:

1. При обтекании тел гиперзвуковым потоком происходит взаимодействие скачка уплотнения с пограничным слоем. С увеличением числа Маха область возмущенного движения сужается, угол наклона скачка уменьшается, скачок приближается к поверхности тела. Из-за сильного повышения температуры при торможении потока в пограничном слое значительно возрастает величина коэффициента вязкости, резко уменьшается число Рейнольдса, а толщина пограничного слоя растет. Наличие толстого пограничного слоя эквивалентно изменению контура и увеличению толщины тела. Это вызывает увеличение угла наклона скачка уплотнения у передней кромки тела, искривление поверхности скачка, изменение характера распределения давления по телу, что, в свою очередь, сказывается на характеристиках пограничного слоя. Граница пограничного слоя подходит близко к скачку уплотнения.

2. Повышение температуры за скачком уплотнения и в пограничном слое может привести к изменению термодинамических свойств и химического состава воздуха вследствие диссоциации и ионизации газа. Диссоциация газа – распад молекул на атомы – сопровождается затратами тепловой энергии, а противоположный процесс – рекомбинация – протекает с ее выделением. При повышении температуры вначале преобладает диссоциация. Затем скорость рекомбинации с увеличением количества свободных атомов возрастает, и через некоторое время скорости обоих процессов уравниваются – устанавливается равновесная диссоциация. Этот промежуток времени, в течение которого устанавливается динамическое равновесие между процессами диссоциации и рекомбинации, называется временем релаксации.

При гиперзвуковом полете время пребывания молекул у тела настолько мало, что может быть меньше времени релаксации, т. е. состояние газа у поверхности тела будет неравновесным, что значительно усложняет решение задач обтекания тел, так как в этом случае уравнения газовой динамики решаются совместно с уравнениями, описывающими физико-химические процессы в газе.

Отступление от термодинамического равновесия влияет на структуру скачка уплотнения и распределение параметров состояния газа. При больших скоростях движения в условиях сильно возросших температур для расчета параметров течения необходимо учитывать реальность газов в связи с изменением величины показателя адиабаты . Для примера рассмотрим некоторые результаты расчетов гиперзвуковых течений с использованием идеальной и реальной моделей газа. Так при температура заторможенного газа за прямым скачком уплотнения для идеальной среды составит 18 000 К, тогда как в реальной среде с учетом вышесказанного она имеет значение всего лишь 6 820 К. Существенное отличие получается и для других параметров течения: так, число Маха за прямым скачком уплотнения равно , тогда как .