17-05-2023
Сверхзвукова́я ско́рость — скорость частиц вещества выше скорости звука для данного вещества или скорость тела, движущегося в веществе с более высокой скоростью, чем скорость звука для данной среды.
В аэродинамике часто скорость характеризуют числом Маха, которое определяется следующим образом: , где u — скорость движения потока или тела, — скорость звука в среде. Звуковая скорость определяется как , где — показатель адиабаты среды (для идеального n-атомного газа, молекула которого обладает степенями свободы он равен ). Здесь – полное число степеней свободы молекулы. При этом, количество поступательных степеней свободы . Для линейной молекулы количество вращательных степеней свободы , количество колебательных степеней свободы (если есть) . Для всех других молекул , .
При движении в среде со сверхзвуковой скоростью тело обязательно создаёт за собой звуковую волну. При равномерном прямолинейном движении фронт звуковой волны имеет конусообразную форму, с вершиной в движущемся теле. Излучение звуковой волны обуславливает дополнительную потерю энергии движущимся телом (помимо потери энергии вследствие трения и прочих сил).
Аналогичные эффекты испускания волн движущимися телами характерны для всех физических явлений волновой природы, например: черенковское излучение, волна, создаваемая судами на поверхности воды.
При обычных условиях в атмосфере скорость звука составляет примерно 331 м/сек. Более высокие скорости иногда выражаются в числах Маха и соответствуют сверхзвуковым скоростям, при этом гиперзвуковая скорость является частью этого диапазона. НАСА определяет "быстрый" гиперзвук в диапазоне скоростей 10-25 М, где верхний предел соответствует первой космической скорости. Скорости выше считаются не гиперзвуковой скоростью, а «скоростью возврата» космических аппаратов на Землю.
Сравнение режимов: | ||||
---|---|---|---|---|
Режим | Числа Маха | км/ч | м/сек | Общие характеристики аппарата |
Дозвук | <1.0 | <1230 | <340 | Наиболее часто самолет с пропеллером или с ТВД, прямые или скошенные крылья. |
Трансзвук (англ.)русск. | 0.8-1.2 | 980-1230 | 270-340 | Воздухозаборники и слегка скошенные назад крылья, сжимаемость воздуха становится заметной. |
Сверхзвук | 1.0-5.0 | 1230-6150 | 340-1710 | Более острые края плоскостей, хвостовое оперение служит стабилатором, то есть полностью контролирует полет. |
Гиперзвук | 5.0-10.0 | 6150-12300 | 1710-3415 | Охлаждаемый никелево-титановый корпус, небольшие крылья. |
Быстрый гиперзвук | 10.0-25.0 | 12300-30740 | 3415-8465 | Кремниевые плитки для теплозащиты, несущее тело аппарата вместо крыльев. |
"Скорость возврата" | >25.0 | >30740 | >8465 | Аблятивный тепловой экран, нет крыльев, форма капсулы. |
Сверхзвук.