2.14.2. Фізична суть і наслідки хвильової кризи

Струйки потоку при обтіканні літака деформуються. Тому місцеві швидкості руху повітря над крилом, ліхтарем кабіни і іншими надбудовами значно перевищують швидкість польоту (рис. 2.56).

Рис. 2.56. Хвильова криза.

Струйка, що обтікає профіль крила, спочатку зменшує площа свого поперечного перетину, а потім збільшує. Її поздовжній розріз нагадує сопло Лаваля. При досить великій швидкості польоту, швидкості повітря в найменшому (критичному) перетині струйки досягають місцевої швидкості звуку (рис. 2.56, а). Якщо з'єднати критичні перетини струйок, в яких швидкість досягає значення місцевої швидкості звуку, отримаємо „звукову лінію” 1.

При V > V_кр і числі Маха польоту більше М_кр на крилі утвориться вже місцева надзвукова зона, що починається від звукової лінії й замикається місцевим стрибком ущільнення 2. Пояснюється це тим, що швидкість польоту літака менше швидкості звуку, і за крилом швидкість потоку теж стає дозвуковою. Перехід же від надзвукових швидкостей до дозвукових швидкостей можливий тільки через стрибок ущільнення.

Оскільки місцевий стрибок ущільнення — прямої, перпендикулярний струйкам, то швидкість потоку за ним стає дозвуковою. Іноді через потовщення межового шару, при переході від ламінарної течії до турбулентної, утворюється додатковий косий стрибок ущільнення (як при обтіканні внутрішнього тупого кута). Косий стрибок ущільнення з'єднується з місцевим прямим стрибком ущільнення, утворюючи лямбда подібний стрибок (рис. 2.56, б).

Явище утворення в загальному дозвуковому потоці, що обтікає літак, місцевих надзвукових зон і місцевих стрибків ущільнення називається хвильовою кризою.

Хвильова криза якісно змінює обтікання крила і викликає перерозподіл тисків за його профілем (рис. 2.57, а), у результаті чого змінюється величина аеродинамічних коефіцієнтів, переміщається центр тиску, порушуються рівновага, стійкість і керованість літака. Через поздовжні коливання стрибка ущільнення (зсувів вперед та назад) і хвильового зриву потоку виникають вібрації.

Рис. 2.57. Перерозподіл тисків за профілем крила при хвильовій кризі й хвильовий зрив потоку.

Хвильовий зрив потоку розвивається в результаті взаємодії місцевого стрибка ущільнення з межовим шаром (рис. 2.57, б). У місцевій надзвуковій зоні межовий шар ділиться на дві частини — дозвукову 1 і надзвукову 2. Дозвукова частина межового шару відокремлює стрибок 3 від поверхні крила. Через різницю тисків за стрибком і перед ним у дозвуковій частини межового шару виникають зворотні течії 4.

Це викликає „набухання” межового шару і його відрив від поверхні крила. Хвильовий зрив потоку, впливаючи на оперення літака, викликає небезпечні коливання, звані швидкісним бафтингом.

Хвильова криза - явище дуже небезпечне і допускати його в польоті не можна.