2.13.3. Фізична суть стрибків ущільнення

Тіло, обтічне потоком повітря, є сукупністю безлічі точкових джерел збурень. У надзвуковому потоці слабкі збурення точкових джерел — конуси збурень — підсумовуються, створюючи більш сильне збурення середовища — ударну хвилю.

Швидкість руху ударної хвилі значно більше швидкості звуку. Тому ударна хвиля переміщається проти надзвукового потоку. Відходячи від тіла, вона слабшає, і швидкість її руху зменшується. Як тільки швидкість руху ударної хвилі V_х стане рівній швидкості надзвукового потоку V₁, що набігає на тіло, то ударна хвиля зупиниться (V_х = V₁). Така зупинена щодо потоку ударна хвиля і називається стрибком ущільнення (рис. 2.48). Отже, стрибок ущільнення є межею збурень, викликаних тілом. Стрибок ущільнення можна розглядати як деяку поверхню розриву, на якій відбувається різка (стрибкоподібна) зміна всіх параметрів потоку.

Рис. 2.48. Фізична сутність стрибка.

Товщиною стрибка вважається відстань між двома перетинами потоку, при проходженні якій потік змінює свої параметри. Товщина стрибка дуже мала, вона дорівнює приблизно подвоєній довжині вільного пробігу молекул: δ = 10 ^{- 5} ÷ 10 ^{- 6} см. Тому можна вважати, що зміна параметрів потоку відбувається миттєво.

При проходженні через стрибок ущільнення надзвуковий потік втрачає частину своєї кінетичної енергії в результаті перетворення її в енергію тиску і теплову енергію. Тому одночасно з різким зменшенням швидкості V у стрибку відбувається таке ж різке підвищення тиску р, густини і температури Т. Процеси, що відбуваються в стрибках ущільнення, необоротні, оскільки частина теплової енергії розсіюється.