Eine Stoß-Welle (auch genannt Stoß-Vorderseite oder "erschüttern" einfach), ist ein Typ der sich fortpflanzenden Störung. Wie eine gewöhnliche Welle trägt es Energie und kann sich durch ein Medium (fest, Flüssigkeit, Benzin oder Plasma) oder in einigen Fällen ohne ein materielles Medium durch ein Feld wie das elektromagnetische Feld fortpflanzen. Stoß-Wellen werden durch eine plötzliche, fast diskontinuierliche Änderung in den Eigenschaften des Mediums charakterisiert. Über einen Stoß gibt es immer einen äußerst schnellen Anstieg des Drucks, der Temperatur und der Dichte des Flusses. In Überschallflüssen wird Vergrößerung durch einen Vergrößerungsanhänger erreicht. Eine Stoß-Welle reist durch die meisten Medien mit einer höheren Geschwindigkeit als eine gewöhnliche Welle.

Verschieden von solitons (eine andere Art der nichtlinearen Welle) zerstreut sich die Energie einer Stoß-Welle relativ schnell mit der Entfernung. Außerdem verschmelzen sich die Begleitvergrößerungswelle-Annäherungen und schließlich mit der Stoß-Welle, teilweise es annullierend. So ist der mit dem Durchgang eines Überschall-Luftfahrzeugs vereinigte Schallboom die Schallwelle, die sich aus der Degradierung ergibt und sich von der Stoß-Welle und der durch das Flugzeug erzeugten Vergrößerungswelle verschmilzt.

Wenn eine Stoß-Welle Sache durchführt, wird die Gesamtenergie bewahrt, aber die Energie, die als Arbeit herausgezogen werden kann, nimmt ab und Wärmegewicht-Zunahmen. Das schafft zum Beispiel zusätzliche Schinderei-Kraft auf dem Flugzeug mit Stößen.

Fachsprache

Stoß-Wellen können sein:

• Normal: an 90 ° (Senkrechte) zur Stoß-Medium-Fluss-Richtung.
• Schief: in einem Winkel zur Richtung des Flusses.
• Bogen: Kommt stromaufwärts der Vorderseite (Bogen) eines stumpfen Gegenstands vor, wenn stromaufwärts Geschwindigkeit Mach 1 überschreitet.

Einige andere Begriffe

• Stoß-Vorderseite: ein alternativer Name für die Stoß-Welle selbst
• Kontakt-Vorderseite: In einer Stoß-Welle, die durch ein Fahrer-Benzin (zum Beispiel der "Einfluss" eines hochexplosiven Sprengstoffs auf der Umgebungsluft), die Grenze zwischen dem Fahrer (explosive Produkte) und dem gesteuerten (Luft) Benzin verursacht ist. Die Kontakt-Vorderseite schleppt die Stoß-Vorderseite.

In Überschallflüssen

Wenn sich ein Gegenstand (oder Störung) schneller bewegt, als die Information darüber in die Umgebungsflüssigkeit fortgepflanzt werden kann, kann die Flüssigkeit in der Nähe von der Störung nicht reagieren, oder "kommen aus dem Weg heraus", bevor die Störung ankommt. In einem Stoß schwenken die Eigenschaften der Flüssigkeit (Dichte, Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Machzahl) Änderung fast sofort. Maße der Dicke von Stoß-Wellen sind auf Werte etwa eine Größenordnung hinausgelaufen, die größer ist als der freie Mittelpfad des untersuchten Benzins.

Stoß-Wellen formen sich, wenn sich die Geschwindigkeit eines Benzins durch mehr ändert als die Geschwindigkeit des Tons. Am Gebiet, wo das vorkommt, erreichen Schallwellen, die gegen den Fluss reisen, einen Punkt, wohin sie noch weiter stromaufwärts nicht reisen können und der Druck progressiv in diesem Gebiet baut, und sich eine Stoß-Welle des Hochdrucks schnell formt.

Stoß-Wellen sind nicht herkömmliche Schallwellen; eine Stoß-Welle nimmt die Form einer sehr scharfen Änderung in den Gaseigenschaften auf der Ordnung von einigen freien Mittelpfaden (grob Mikrometer an atmosphärischen Bedingungen) in der Dicke an. Stoß-Wellen in Luft werden als ein lautes "Sprung-" oder "Schnell"-Geräusch gehört. Über längere Entfernungen kann sich eine Stoß-Welle von einer nichtlinearen Welle in eine geradlinige Welle ändern, zu einer herkömmlichen Schallwelle degenerierend, weil sie die Luft heizt und Energie verliert. Die Schallwelle wird als der vertraute "Bums" oder "Schlag" eines Schallbooms gehört, der allgemein durch den Überschallflug des Flugzeuges geschaffen ist.

Die Stoß-Welle ist einer von mehreren verschiedenen Wegen, auf die ein Benzin in einem Überschallfluss zusammengepresst werden kann. Einige andere Methoden sind isentropic Kompressionen einschließlich Kompressionen von Prandtl-Meyer. Die Methode der Kompression eines Benzins läuft auf verschiedene Temperaturen und Dichten für ein gegebenes Druck-Verhältnis hinaus, das für ein nichtreagierendes Benzin analytisch berechnet werden kann. Eine Stoß-Welle-Kompression läuft auf einen Verlust des Gesamtdrucks hinaus, bedeutend, dass es eine weniger effiziente Methode ist, Benzin zu einigen Zwecken zum Beispiel in der Aufnahme eines Scramjets zusammenzupressen. Das Äußere des Drucks - zieht sich in die Länge Überschall-Luftfahrzeug ist größtenteils wegen der Wirkung der Stoß-Kompression auf dem Fluss.

Wegen, nichtlinear steiler zu werden

Stoß-Wellen können sich formen wegen, von gewöhnlichen Wellen steiler zu werden. Das am besten bekannte Beispiel dieses Phänomenes ist Ozeanwellen, die Brecher an der Küste bilden. In seichtem Wasser ist die Geschwindigkeit von Oberflächenwellen von der Tiefe des Wassers abhängig. Eine eingehende Ozeanwelle hat eine ein bisschen höhere Welle-Geschwindigkeit in der Nähe vom Kamm jeder Welle als in der Nähe von den Trögen zwischen Wellen, weil die Welle-Höhe im Vergleich zur Tiefe des Wassers nicht unendlich klein ist. Die Kämme holen die Tröge ein, bis das Blei der Welle ein vertikales Gesicht bildet und sich ergießt, um einen unruhigen Stoß zu bilden (ein Brecher), der die Energie der Welle als Ton und Hitze zerstreut.

Ähnliche Phänomene betreffen starke Schallwellen in Benzin oder Plasma, wegen der Abhängigkeit der gesunden Geschwindigkeit auf der Temperatur und dem Druck. Starke Wellen heizen das Medium in der Nähe von jeder Druck-Vorderseite wegen der adiabatischen Kompression der Luft selbst, so dass Vorderseiten des Hochdrucks die entsprechenden Druck-Tröge entkommen. Während die Stoß-Bildung durch diesen Prozess mit Schallwellen in der Atmosphäre der Erde nicht normalerweise geschieht, wie man denkt, ist es ein Mechanismus, durch den der Sonnenchromosphere und die Korona über Wellen geheizt werden, die sich vom Sonneninterieur fortpflanzen.

Analogien

Eine Stoß-Welle kann als der weiteste Punkt stromaufwärts eines bewegenden Gegenstands beschrieben werden, der über die Annäherung des Gegenstands "weiß". In dieser Beschreibung wird die Stoß-Welle-Position als die Grenze zwischen der Zone definiert, die keine Information über das Stoß steuernde Ereignis und der Zone hat, die des Stoß steuernden Ereignisses bewusst ist, das mit dem leichten in der Theorie der speziellen Relativität beschriebenen Kegel analog ist.

Um eine Stoß-Welle zu bekommen, muss etwas schneller reisen als die lokale Geschwindigkeit des Tons. In diesem Fall reisen einige Teile der Luft um das Flugzeug mit genau der Geschwindigkeit des Tons mit dem Flugzeug, so dass sich die Schallwellen, das Flugzeug verlassend, auf einander anhäufen, der einem Rückstau auf einer Straße ähnlich ist, und sich eine Stoß-Welle, die Druck-Zunahmen formt, und sich dann seitwärts ausbreitet. Wegen dieser Erweiterungswirkung ist eine Stoß-Welle mehr wie eine Explosion, wenn gehört, sehr intensiv (nicht zusammenfallend, da Explosionen Stoß-Wellen schaffen).

Analoge Phänomene sind außerhalb der flüssigen Mechanik bekannt. Zum Beispiel haben sich Partikeln außer der Geschwindigkeit des Lichtes in einem Refraktionsmedium beschleunigt (wo die Geschwindigkeit des Lichtes weniger ist als das in einem Vakuum, wie Wasser) schaffen sichtbare Stoß-Effekten, ein als Radiation von Cherenkov bekanntes Phänomen.

Beispiele

Unten sind mehrere Beispiele von Stoß-Wellen, die weit gehend mit ähnlichen Stoß-Phänomenen gruppiert sind:

Das Bewegen des Stoßes

• Gewöhnlich besteht aus einem shockwave, der sich in ein stationäres Medium fortpflanzt
• In diesem Fall ist das Benzin vor dem Stoß (im Laborrahmen) stationär, und das Benzin hinter dem Stoß ist im Laborrahmen Überschall-. Der Stoß pflanzt sich mit einer Welle-Vorderseite fort, die (rechtwinklig) zur Richtung des Flusses normal ist. Die Geschwindigkeit des Stoßes ist eine Funktion des ursprünglichen Druck-Verhältnisses zwischen den zwei Körpern von Benzin.
• Bewegende Stöße werden gewöhnlich durch die Wechselwirkung von zwei Körpern von Benzin am verschiedenen Druck mit einer Stoß-Welle erzeugt, die sich ins niedrigere Druck-Benzin und eine Vergrößerungswelle fortpflanzt, die sich ins höhere Druck-Benzin fortpflanzt.
• Beispiele: Das Ballon-Bersten, Stoß-Tube, erschüttert Welle von der Explosion

Detonationswelle

• Eine Detonationswelle ist im Wesentlichen ein Stoß, der durch ein Schleppen exothermic Reaktion unterstützt ist. Es schließt eine Welle ein, die durch ein hoch brennbares oder chemisch nicht stabiles Medium, wie eine Mischung des Sauerstoff-Methans oder ein hochexplosiver Sprengstoff reist. Die chemische Reaktion des Mediums kommt im Anschluss an die Stoß-Welle vor, und die chemische Energie der Reaktion steuert die Welle vorwärts.
• Eine Detonationswelle folgt ein bisschen verschiedenen Regeln von einem gewöhnlichen Stoß, da sie durch die chemische Reaktion gesteuert wird, die hinter der Stoß-Welle-Vorderseite vorkommt. In der einfachsten Theorie für Detonationen geht eine ununterstützte, selbst fortpflanzende Detonationswelle an der Geschwindigkeit des Hausierers-Jouguet weiter. Eine Detonation wird auch einen Stoß des Typs 1 veranlassen, oben sich in die Umgebungsluft wegen des durch die Explosion veranlassten Überdrucks fortzupflanzen.
• Wenn ein shockwave durch hochexplosive Sprengstoffe wie TNT geschaffen wird (der eine Detonationsgeschwindigkeit von 6,900 m/s hat), wird es immer an der hohen Überschallgeschwindigkeit von seinem Punkt des Ursprungs reisen.

Distanzierter Stoß

• Diese Stöße werden gebogen, und bilden eine kleine Entfernung vor dem Körper. Direkt vor dem Körper belaufen sie sich auf 90 Grade zum entgegenkommenden Fluss, und biegen sich dann um den Körper. Distanzierte Stöße erlauben denselben Typ von analytischen Berechnungen bezüglich des beigefügten Stoßes für den Fluss in der Nähe vom Stoß. Sie sind ein Thema vom ständigen Interesse, weil die Regeln, die Entfernung des Stoßes vor dem stumpfen Körper regelnd, kompliziert werden, und eine Funktion der Gestalt des Körpers sind. Zusätzlich ändert sich die Stoß-Entfernung des toten Punkts drastisch mit der Temperatur für ein nichtideales Benzin, große Unterschiede in der Wärmeübertragung zum Thermalschutzsystem des Fahrzeugs verursachend. Sieh die verlängerte Diskussion über dieses Thema am Atmosphärischen Wiedereintritt. Diese folgen den Lösungen "des starken Stoßes" der analytischen Gleichungen, bedeutend, dass für einige schiefe Stöße sehr in der Nähe von der Ablenkungswinkelgrenze die abwärts gelegene Machzahl Unterschall-ist. Siehe auch Bogen-Stoß oder schiefen Stoß
• Solch ein Stoß kommt vor, wenn der maximale Ablenkungswinkel überschritten wird. Ein distanzierter Stoß wird auf stumpfen Körpern allgemein gesehen, aber kann auch auf scharfen Körpern an niedrigen Machzahlen gesehen werden.
• Beispiele: Raumrückfahrzeuge (Apollo, Raumfähre), Kugeln, die Grenze (Bogen-Stoß) eines magnetosphere. Der Name "Bogen-Stoß" kommt aus dem Beispiel einer Bogen-Welle, der distanzierte Stoß, der am Bogen (Vorderseite) eines Schiffs oder Bootes gebildet ist, das sich durch Wasser bewegt, dessen langsame Oberflächenwelle-Geschwindigkeit leicht überschritten wird (sieh Ozeanoberflächenwelle).

Beigefügter Stoß

• Diese Stöße, erscheinen wie "beigefügt", dem Tipp eines scharfen Körpers, der sich mit Überschallgeschwindigkeiten bewegt.
• Beispiele: Überschallkeile und Kegel mit der kleinen Spitze biegen um
• Die beigefügte Stoß-Welle ist eine klassische Struktur in der Aerodynamik, weil, für ein vollkommenes Benzin und Inviscid-Fluss-Feld, eine analytische Lösung verfügbar, solch ist, dass das Druck-Verhältnis, das Temperaturverhältnis, der Winkel des Keils und der abwärts gelegenen Machzahl alle berechnet werden können, stromaufwärts Machzahl und der Stoß-Winkel wissend. Kleinere Stoß-Winkel werden mit höher stromaufwärts Machzahlen vereinigt, und der spezielle Fall, wo die Stoß-Welle an 90 Graden zum entgegenkommenden Fluss (Normaler Stoß) ist, wird mit einer Machzahl von einer vereinigt. Diese folgen den Lösungen "des schwachen Stoßes" der analytischen Gleichungen.

Wiederkompressionsstoß

• Diese Stöße erscheinen, wenn der Fluss über einen transonic Körper zu Unterschallgeschwindigkeiten verlangsamt wird.
• Beispiele: Flügel von Transonic, Turbinen
• Wo der Fluss über die Ansaugen-Seite eines transonic Flügels zu einer Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird, kann die resultierende Wiederkompression entweder durch die Kompression von Prandtl-Meyer oder durch die Bildung eines normalen Stoßes sein. Dieser Stoß ist von besonderem Interesse Schöpfern von transonic Geräten, weil es Trennung der Grenzschicht am Punkt verursachen kann, wo es das transonic Profil berührt. Das kann dann zu voller Trennung und Marktbude auf dem Profil, der höheren Schinderei oder dem Stoß-Büfett, eine Bedingung führen, wo die Trennung und der Stoß in einer Klangfülle-Bedingung aufeinander wirken, mitschwingende Lasten auf der zu Grunde liegenden Struktur verursachend.

Stoß in einem Pfeife-Fluss

• Dieser Stoß erscheint, wenn der Überschallfluss in einer Pfeife verlangsamt wird.
• Beispiele:

:*In Überschallantrieb - Staustrahltriebwerk, Scramjet, fangen unan.

:*In-Fluss-Kontrolle - Nadel-Klappe, erwürgter venturi.

• In diesem Fall ist das Benzin vor dem Stoß (im Laborrahmen) Überschall-, und das Benzin hinter dem Stoß-System ist irgendein (schiefe Stöße) Überschall- oder (ein normaler Stoß) Unterschall-(Obwohl für einige schiefe Stöße sehr in der Nähe von der Ablenkungswinkelgrenze die abwärts gelegene Machzahl Unterschall-ist.) Der Stoß ist das Ergebnis der Verlangsamung des Benzins durch einen konvergierenden Kanal, oder durch das Wachstum der Grenzschicht auf der Wand eines parallelen Kanals.

Stoß-Wellen in schnellen granulierten Flüssen

Stoß-Wellen können auch in schnellen Flüssen von dichten granulierten Materialien vorkommen unten hat Kanäle oder Hang geneigt. Starke Stöße in schnellen dichten granulierten Flüssen können theoretisch studiert und analysiert werden, um sich mit experimentellen Angaben zu vergleichen. Denken Sie eine Konfiguration, in der das schnell bewegende Material unten die Böschung an die aufgestellte Senkrechte einer Wand des Hindernisses am Ende eines langen und steilen Kanals stößt. Einfluss führt zu einer plötzlichen Änderung im Fluss-Regime von einer schnellen bewegenden superkritischen dünnen Schicht bis einen stehenden dicken Haufen. Diese Fluss-Konfiguration ist besonders interessant, weil es einigen hydraulischen und aerodynamischen Situationen analog ist, die mit Fluss-Regimeänderungen vom superkritischen bis unterkritische Flüsse vereinigt sind. Solche Studie ist im Schätzen des Einfluss-Drucks wichtig, der durch Lawinen und granulierte Flüsse auf Verteidigungsstrukturen oder Infrastruktur entlang dem Kanal und in den ausgegangenen Zonen ausgeübt ist, und die komplizierte Fluss-Dynamik um die Hindernisse und in Absetzungen zu studieren, wenn die Masse plötzlich zu einem Stillstand kommt.

Stoß-Wellen in der Astrophysik

Umgebungen von Astrophysical zeigen viele verschiedene Typen von Stoß-Wellen. Einige allgemeine Beispiele sind Supernovae-Stoß-Wellen oder Druckwelle-Wellen, die durch das interstellare Medium, der Bogen-Stoß reisen, der durch das magnetische Feld der Erde verursacht ist, das mit dem Sonnenwind kollidiert, und erschüttern Wellen, die durch Milchstraßen verursacht sind, die mit einander kollidieren. Ein anderer interessanter Typ des Stoßes in der Astrophysik ist der quasiunveränderliche Rückstoß oder Beendigungsstoß, der den extremen relativistischen Wind von jungen Pulsars begrenzt.

Siehe auch

• Atmosphärische Fokussierung
• Atmosphärischer Wiedereintritt
• Čerenkov-Radiation
• Explosion
• Hydraulischer Sprung
• Mach-Welle
• Magnetopause
• Welle von Moreton
• Normale Stoß-Tische
• Vergrößerungsanhänger von Prandtl-Meyer
• Stöße und Diskontinuitäten (MHD)
• Stoß (Mechanik)
• Schallboom
• Dreiphasige Verkehrstheorie
• Superkritische Tragfläche
• Undercompressive erschüttern Welle
• Fangen Sie unan
• Erschüttern Sie Diamanten

Referenzen

Weiterführende Literatur

Links

• NASA Forschungszentrum-Information von Glenn über:
• Schiefe Stöße
• Vielfache durchquerte Stöße
• Vergrößerungsanhänger
• Universität von Selkirk: Flugintranet: Hohe Geschwindigkeit (überschall)-Flug
• Energieverlust in einer Stoß-Welle, normalen und schiefen Stoß-Wellen
• Bildung einer normalen Stoß-Welle
• Grundlagen des komprimierbaren Flusses, 2007
• KILOBYTE Freies begrenztes Element Bildungssoftware, um Stöße und Detonationen vorzutäuschen.