Кіріспе
Көлбеу соққы толқыны – бұл қалыпты соққыдан айырмашылығы, келіп түсетін ағын бағытына қатысты еңкейген соққы толқыны. Бұл супердыбыстық ағын бұрышпен кездесіп, оны өзіне бұрып, қысымға түсірген кезде пайда болады. Соққы толқынынан кейін ағынның жоғары жағындағы сызықтар біркелкі бұрылады. Көлбеу соққы толқынын жасаудың ең көп таралған тәсілі – супердыбыстық, икемді ағынға үшбұрышты нысанды орналастыру. Қалыпты соққы толқыны сияқты, көлбеу соққы толқыны газдың термодинамикалық қасиеттеріндегі дерлік үздіксіз өзгерістер болатын өте жұқа аймақтан тұрады. Қалыпты соққыда ағынның жоғары және төменгі бағыттары өзгермейтін болса, көлбеу соққы толқыны арқылы өтетін ағында олар әртүрлі болады. Галлилейлік түрлендіру арқылы көлбеу соққыны қалыпты соққыға айналдыру әрқашан мүмкін.
An oblique shock wave is a shock wave that, unlike a normal shock, is inclined with respect to the direction of incoming air. It will occur when a supersonic flow encounters a corner that effectively turns the flow into itself and compresses. The upstream streamlines are uniformly deflected after the shock wave. The most common way to produce an oblique shock wave is to place a wedge into supersonic, compressible flow. Similar to a normal shock wave, the oblique shock wave consists of a very thin region across which nearly discontinuous changes in the thermodynamic properties of a gas occur. While the upstream and downstream flow directions are unchanged across a normal shock, they are different for flow across an oblique shock wave. It is always possible to convert an oblique shock into a normal shock by a Galilean transformation.
Толқын теориясы
Берілген Мах саны, M1 және бұрыштық бұрыш, θ үшін көлбеу соққы бұрышы, β және төменгі ағыстағы Мах саны, M2 есептеледі. Қалыпты соққыдан кейін М2 әрқашан 1-ден кем болуы керек болса, көлбеу соққыда М2 дыбыстан жоғары (әлсіз соққы толқыны) немесе дыбыс астындағы (күшті соққы толқыны) болуы мүмкін. Әлсіз шешімдер атмосфераға ашық ағын геометрияларында (мысалы, ұшу аппаратының сыртында) жиі кездеседі. Күшті шешімдер шектеулі геометрияларда (мысалы, сопла кіреберісінде) байқалуы мүмкін. Ағын төменгі ағыстағы жоғары қысым жағдайына сәйкес келуі қажет болғанда күшті шешімдер талап етіледі. Қысым, тығыздық және температурада да үзіліспен өзгерулер болады, олардың барлығы көлбеу соққы толқынынан кейін артады.
θ-β-M теңдеуі
Тұрақтылық теңдеуін және соққыда тангенциалдық жылдамдық компонентінің өзгермейтінін ескере отырып, тригонометриялық қатынастар нәтижесінде θ β M теңдеуіне жетуге болады, бұл теңдеу θ-ны M1, β және ɣ функциясы ретінде көрсетеді, мұнда ɣ – жылу сыйымдылығының коэффициенті. β-ны M1 және θ функциясы ретінде табу әлдеқайда түсініктірек, бірақ бұл тәсіл қиынрақ, ал нәтижелері көбінесе кестелерде ұсынылады немесе сандық әдіс арқылы есептеледі.
Толқынның қолданылуы
Инженерлік қолданбаларда көлбеу соққылар көбінесе қалыпты соққыларға артықшылық береді. Бұл бір немесе бірнеше көлбеу соққы толқындарын пайдаланудың нәтижесінде соққыдан кейінгі жағдайлардың жақсаруына (энтропияның аз өсуі, тұрақтанған қысымның аз жоғалуы және т.б.) байланысты, ал бұл бір қалыпты соққыны пайдаланғанмен салыстырылғанда оңтайлырақ. Мұндай техниканы әуе кемелерінің үстіндік жылдамдықтағы қозғалтқыштарының немесе ауа түсірілімдерінің конструкциясында көруге болады. Бұл кіреберістердің бір түрі ауа ағынын жану камерасына сығып, термодинамикалық шығындарды азайту үшін клина тәрізді пішінде жасалады. Алғашқы үстіндік жылдамдықтағы ұшақтардың реактивтік қозғалтқыштарының кірістері бір қалыпты соққы арқылы қысымды пайдалану принципімен құрылған, бірақ бұл тәсіл қол жетімді ең жоғары Мах санын шамамен 1.6-ға дейін шектеді. Конкорд (1969 жылы алғаш ұшқан) 2.2 Мах ең жоғары жылдамдыққа жету үшін өзгермелі геометриялы клина тәрізді ауа түсірілімдерін қолданды. Осыған ұқсас конструкция F 14 Tomcat ұшағында да қолданылды (F 14D алғаш рет 1994 жылы жеткізілді) және 2.34 Мах ең жоғары жылдамдыққа қол жеткізді. Көптеген үстіндік жылдамдықтағы ұшақ қанаттары жұқа ромб пішіндес болып жасалады. Ромб пішіндес нысанды үстіндік ағынның бағытына қатысты шабу бұрышымен орналастырғанда, қанаттың жоғарғы және төменгі жағынан алдыңғы ұшынан екі көлбеу соққы таралады, ал ромбтың алдыңғы ұшына жақын екі бұрышында Прандтль-Майер кеңею толқындары пайда болады. Дұрыс есептелгенде, бұл қанатқа көтергіштік күшін береді.
Толқындар мен гиперзвук шегі
Ағыстың Мах саны күшейе түскенде гипердыбыстық деңгейге жеткенде, көлденең соққы толқынынан кейінгі қысым, тығыздық және температураға арналған теңдеулер математикалық шекке жетеді. Қысым және тығыздық арақатынастарын былай өрнектеуге болады:
γ = 1.4 деп есептегенде, атмосфералық газға жуық шамамен есептесек, тығыздық арақатынасының гипердыбыстық шегі 6-ға тең. Дегенмен, O2 және N2 молекулаларының гипердыбыстық соққыдан кейін O және N атомдарына ыдырауы γ мәнін төмендетіп, табиғатта тығыздық арақатынасының жоғарылауына мүмкіндік береді. Гипердыбыстық температура арақатынасы: