СВЕРХЗВУКОВО́Е ТЕЧЕ́НИЕ

СВЕРХЗВУКОВО́Е ТЕЧЕ́НИЕ, те­че­ние га­за, ско­рость v час­тиц ко­то­ро­го в рас­смат­ри­вае­мой об­лас­ти боль­ше ме­ст­но­го зна­че­ния ско­ро­сти зву­ка a. Ско­рость зву­ка за­ви­сит от темп-ры; при 0 °С в воз­ду­хе a=331 м/с. С. т. на­блю­да­ют­ся при об­те­ка­нии воз­ду­хом не­ко­то­рых ле­тя­щих са­мо­лё­тов, ра­кет, арт. сна­ря­дов, вхо­дя­щих в ат­мо­сфе­ру КА и ме­тео­рои­дов, а так­же в по­то­ках, воз­ни­каю­щих в ре­ак­тив­ных дви­га­те­лях, тур­би­нах, тур­бо­ком­прес­со­рах, аэ­ро­ди­на­мич. тру­бах и др.

По­сколь­ку сла­бые воз­му­ще­ния в га­зе рас­про­стра­ня­ют­ся со ско­ро­стью зву­ка, в С. т. они не мо­гут рас­про­стра­нять­ся вверх по по­то­ку и сно­сят­ся вниз по по­то­ку, ос­та­ва­ясь внут­ри Ма­ха ко­ну­са. Вол­на, вы­зван­ная по­вы­ше­ни­ем дав­ле­ния (об­ра­зую­щая­ся, напр., при взры­ве), при v>а (Ма­ха чис­ло M>1) мо­жет иметь ма­лую тол­щи­ну фрон­та (по­ряд­ка дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га мо­ле­кул). В этом слу­чае го­во­рят об удар­ной вол­не (скач­ке уп­лот­не­ния).

При об­те­ка­нии вы­пук­ло­го из­ло­ма пло­ской стен­ки (или тон­ко­го кли­на) твёр­до­го те­ла сверх­зву­ко­вым те­че­ни­ем иде­аль­но­го га­за воз­ни­ка­ет Пран­дт­ля – Май­е­ра те­че­ние. При об­те­ка­нии сверх­зву­ко­вым те­че­ни­ем пла­сти­ны под уг­лом ата­ки мень­ше не­ко­то­ро­го от её пе­ред­ней кром­ки вниз идёт пло­ский ска­чок уп­лот­не­ния, а ввер­ху над пла­сти­ной об­ра­зу­ет­ся те­че­ние раз­ре­же­ния, что при­во­дит к по­яв­ле­нию подъ­ём­ной си­лы. Од­но­вре­мен­но воз­ни­ка­ет ло­бо­вое со­про­тив­ле­ние, обу­слов­лен­ное по­яв­ле­ни­ем скач­ков уп­лот­не­ния и уве­ли­че­ни­ем эн­тро­пии га­за. По­вы­ше­ние эн­тро­пии в скач­ке свя­за­но с дис­си­па­ци­ей энер­гии во фрон­те удар­ной вол­ны за счёт вяз­ко­сти и те­п­ло­про­вод­но­сти. Чем бóль­шие воз­му­ще­ния вы­зы­ва­ет те­ло в га­зе, тем ин­тен­сив­нее удар­ные вол­ны и боль­ше со­про­тив­ле­ние дви­же­нию те­ла. Для умень­ше­ния со­про­тив­ле­ния, свя­зан­но­го с об­ра­зо­ва­ни­ем удар­ных волн при сверх­зву­ко­вых ско­ро­стях, в ле­та­тель­ных ап­па­ра­тах де­ла­ют стре­ло­вид­ные и тре­уголь­ные кры­лья, пе­ред­ние кром­ки ко­то­рых об­ра­зу­ют ост­рый угол с на­прав­ле­ни­ем ско­ро­сти на­бе­гаю­ще­го по­то­ка. Наи­мень­шее со­про­тив­ле­ние при С. т. име­ет тон­кое за­ост­рён­ное с кон­цов те­ло, дви­жу­щее­ся под ма­лы­ми уг­ла­ми ата­ки.

При по­лё­те тел с v≫а на­блю­да­ет­ся ги­пер­зву­ко­вое те­че­ние, при ко­то­ром слой воз­ду­ха ме­ж­ду го­лов­ной удар­ной вол­ной и по­верх­но­стью те­ла на­гре­ва­ет­ся до темп-ры 6000–8000 К. Напр., ме­тео­рои­ды дви­жут­ся в ат­мо­сфе­ре Зем­ли с v≫а (до 220а). На них воз­дей­ст­ву­ют боль­шие ра­диа­ци­он­ные по­то­ки, боль­шие удель­ные на­груз­ки и пе­ре­груз­ки (про­пор­цио­наль­ные v²), ко­то­рые вме­сте с эф­фек­та­ми ги­пер­зву­ко­во­го те­че­ния при­во­дят к пол­но­му ис­чез­но­ве­нию (сго­ра­нию) мел­ких тел в верх­них сло­ях ат­мо­сфе­ры и дроб­ле­нию круп­ных тел в ниж­них сло­ях ат­мо­сфе­ры. На боль­ших вы­со­тах, где дли­на сво­бод­но­го про­бе­га мо­ле­кул срав­ни­ма с ха­рак­тер­ным раз­ме­ром КА, кон­ти­ну­аль­ный ре­жим об­те­ка­ния сме­ня­ет­ся на сво­бод­но­мо­ле­ку­ляр­ный (см. Ди­на­ми­ка раз­ре­жен­ных га­зов).