1. 简单百科
  2. 马赫反射

马赫反射

马赫反射(英语:Mach reflection)是一个超音速流体动力中的现象,以物理学家恩斯特·马赫命名,涉及三种不同模式的反射激波

简介

马赫型激波系或三叉激波图型的早期理论研究,都是利用在规则反射中用得很成功的假设去进行的。这种简单理论假设在三叉激波型附近流动是定常的,两两相邻的激波之间的地区里压强都是均一的。这样计算出来的数值,在单射激波很强时,一般地都和少量的风洞实验结果以及激波管的观察结果相符合。不过,对于弱激波,已经发现这个简单理论是不适用的。

这所谓的激波相互作用的简单理论,在规则反射时很成功,在弱激波的三叉波系上不成功,引起了很多人的惊讶。这种表现的矛盾吸引了许多人的注意力。

大多数注意力集中在赋予三叉点以特种数学奇点的可能性上,这三叉点就是三道激波相遇的一点。在激波管中,马赫反射的三叉点,据观察,是按该处的相似原理从反射角落作直线运动的,它的确定,自然超出了定常三波相交的简单理论的范围。从激波奇点的考虑,得到了这个方向的理论值定性的而不是定量的相符合,它是作为初始激波强度和反射角的函数来处理的,实际上没有观察到激波的曲率有任何的奇性,所以把三叉点附近的激波当作直波处理是合理的。

原理

马赫反射可以在非稳态、拟稳态(pseudosteady)及稳态流动中出现。

当一个激波沿着一个固态的边缘传导时,激波撞击所形成沿着边缘的流场会产生一个二次反射激波,使的该流场会平行于边缘。在反射点上的流场在该区域是稳定的,而这样的现象便称为拟稳态流。当边缘和主要激波的角度大到一定程度,单一的反射激波不足以使的流场转为平行于边缘,进而发生马赫反射的现象。

在稳态流场中,如果一个斜边被放入一个稳定的超音速流场,而该斜边所产生的激波冲击到平行于流场的壁面上时,激波会使得流场转向壁面,而会须要反射激波将流场转回平行于墙面的状态。当单射波超过某个角度时,反射激波产生的抵销作用不足以将流场转回来,便会产生一个可以观察到的马赫反射现象。马赫反射存在有三个种类的激波,也就是入射激波(incident shock)、反射激波(reflected shock)、和马赫杆(Mach stem)及滑动面。这三股激波波交会的地方就是二维上的“三波点”,或是三围维上的双重激波。

马赫反射的种类

唯一可以存在于稳态流场中的马赫反射是直接马赫反射。其中,马赫杆(Mach stem)是凸离流场来向,而且滑动面(滑移 plane)是斜向反射面。在不稳态流中,三角点(triple point)可能会远离表面,也有可能产生三角点对表面保持相对平稳的状态(平稳马赫反射stationary Mach reflection),或是朝向表面移动(反马赫反射 inverse Mach reflection)。在反马赫反射中,马赫杆是曲向流场来向,而滑动面则是斜离反射面。

参考资料