【经典教材翻译】17-激波的相互作用和分离
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激波相互作用和分离激波
许多超音速应用涉及斜激波。这些包括从实体墙上反射的激波、激波的交叉、高速车辆产生的激波等。
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激波从墙面反射
第一个应用是斜激波以角度β冲击墙面，如图37所示。这个斜激波可能是由于在马赫数M1的超音速流动中放置了一个楔形物而产生的。流动被偏转了一个角度θ。底部的墙面将流动重新导向水平方向。这产生了一个反射激波，它与墙面成β'的角度。虽然流动偏转角度相等但方向相反，但反射波的角度不一定等于入射波的角度。它们只有在波是马赫波并且没有偏转流动时才会相同。每波前的马赫数不同，因此对于类似的转向角度，斜波角度也不同。入射激波是在马赫数为M1的流动中产生的，而反射激波是在马赫数为M2的地方产生的。
图37：激波从墙面反射
可以通过依次将前面的斜波结果应用于两个波，轻松计算出图示的流动特性和压力分布。
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两个激波的交叉
当两个激波以图38所示的角度相互交叉时，就会发生两个激波的交叉。如果激波的强度相等，相互作用就像每个激波都从流动的中心线反射一样，实际上这是一条流线。流线总是可以被当作墙面来对待，以便计算过程与单个激波反射相同。
图38：两个对称激波的交叉
当激波的强度不相等时，流场就会失去对称性。在相互作用的下游出现了一个新的特征，如图39所示。这被称为滑流流Slip Stream。这将流动分为两部分 - (1) 顶部激波处理过的流动和 (2) 底部激波处理过的流动。滑流流是这样的，即压力P3和流动角度δ在其中连续。密度、温度和其他属性将是不同的。要解决这种情况，需要一个迭代过程，以便滑流两侧的压力相等。
图39：两个非对称激波的交叉
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强解 - 分离激波
另一个情况是流动冲击一个物体，其前端是这样的，使得θ > θmax（其中θmax是前一节中计算的斜激波允许的最大流动偏转角度）。在这种情况下，激波不附着在前端，而是远离它 - 即，它是分离的Detached，如图40所示。激波不再是一条直线，而是弯曲的，其形状和强度取决于M1和物体的几何形状。在中心线上，激波是一个正常激波在a处。远离中心线，激波减弱，并在d处接近斜波。从a到d存在一系列强激波解。
图40：楔形物前的分离激波
这种激波波解的组合使得激波下游的流场有些复杂。正常激波下游的流动是亚音速的。因此，在激波下游的中心线附近有一个亚音速流动区域。这个区域的范围取决于物体的几何形状和自由流马赫数。远离中心线，激波最终达到一个带有后方超音速流动的弱斜波解。一个声速线将超音速流动与亚音速区域分开。
如果物体是钝的，如图41所示，那么在所有马赫数下激波都是分离的。
图41：钝体前的分离激波
物体和激波之间的距离称为激波立距Shock Stand Off Distance，它随着马赫数的减小而减小。可以使用CFD技术或实验测量来计算这个距离。
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马赫反射
在许多应用中，激波在实体表面上的简单反射并不发生。当下游的马赫数M2是这样的，即不可能有弱斜激波解时，就会发生这种情况。在这些情况下，激波的反射不是在实体墙上发生的，而是在一定距离之外。如图42所示。现在流动中有一个三重点，然后是滑流流。这种现象称为马赫反射Mach Reflection。同样需要通过迭代计算属性，直到三重点背后的压力在两个下游区域相等。
图42：马赫反射
