In der Aerodynamik ist eine Hyperschallgeschwindigkeit diejenige, die hoch Überschall-ist. Seit den 1970er Jahren, wie man allgemein angenommen hat, hat sich der Begriff auf Geschwindigkeiten des Machs 5 und oben bezogen.

Die genaue Machzahl, an der, wie man sagen kann, ein Handwerk mit der Hyperschallgeschwindigkeit fliegt, ändert sich, da individuelle physische Änderungen im Luftstrom (wie molekulare Trennung und Ionisation) mit verschiedenen Geschwindigkeiten vorkommen; diese Effekten werden insgesamt wichtig um das Mach 5. Das Hyperschallregime wird häufig als Geschwindigkeiten wechselweise definiert, wo Staustrahltriebwerke Nettostoß nicht erzeugen.

Eigenschaften des Flusses

Während die Definition des Hyperschallflusses ziemlich vage sein kann und allgemein diskutabel ist (besonders wegen des Mangels an der Diskontinuität zwischen Überschall- und Hyperschallflüssen), kann ein Hyperschallfluss durch bestimmte physische Phänomene charakterisiert werden, die als im Überschallfluss nicht mehr analytisch rabattiert werden können. Die Besonderheit in Hyperschallflüssen ist wie folgt:

1. Stoß-Schicht
2. Aerodynamische Heizung
3. Wärmegewicht-Schicht
4. Echte Gaseffekten
5. Niedrige Dichte-Effekten
6. Unabhängigkeit von aerodynamischen Koeffizienten mit der Machzahl.

Kleine Stoß-Entfernung des toten Punkts

Als eine Machzahl eines Körpers zunimmt, nimmt die Dichte hinter dem Stoß, der durch den Körper auch erzeugt ist, zu, der einer Abnahme im Volumen hinter der Stoß-Welle wegen der Bewahrung der Masse entspricht. Folglich nimmt die Entfernung zwischen dem Stoß und dem Körper an höheren Machzahlen ab.

Wärmegewicht-Schicht

Als Machzahlen zunehmen, nimmt die Wärmegewicht-Änderung über den Stoß auch zu, der auf einen starken Wärmegewicht-Anstieg und hoch vortical Fluss hinausläuft, der sich mit der Grenzschicht vermischt.

Klebrige Wechselwirkung

Ein Teil der großen kinetischen Energie, die mit dem Fluss an hohen Machzahlen vereinigt ist, verwandelt sich zur inneren Energie in der Flüssigkeit wegen klebriger Effekten. Die Zunahme in der inneren Energie wird als eine Zunahme in der Temperatur begriffen. Da der Druck-Anstieg, der zum Fluss innerhalb einer Grenzschicht normal ist, ungefähr Null für niedrig ist, um Hyperschallmachzahlen zu mäßigen, fällt die Zunahme der Temperatur durch die Grenzschicht mit einer Abnahme in der Dichte zusammen. So wächst die Grenzschicht über den Körper und kann sich häufig mit der Stoß-Welle verschmelzen.

Hoher Temperaturfluss

Hohe Temperaturen besprochen vorher als eine Manifestation der klebrigen Verschwendung verursachen Nichtgleichgewicht chemische Fluss-Eigenschaften wie Trennung und Ionisation von Molekülen, die convective und Strahlungshitzefluss hinauslaufen.

Effekten

Das Hyperschallfluss-Regime wird durch mehrere Effekten charakterisiert, die im typischen Flugzeug nicht gefunden werden, das am Unterschall-niedrigen funktioniert. Die Effekten hängen stark von der Geschwindigkeit und dem Typ des Fahrzeugs unter der Untersuchung ab.

Klassifikation von Mach-Regimen

Während sich die Begriffe "Unterschall-" und "Überschall-" im reinsten wörtlichen Sinn auf Geschwindigkeiten unten und über der lokalen Geschwindigkeit des Tons beziehungsweise beziehen, aerodynamicists gebrauchen häufig dieselben Begriffe, um über besondere Reihen von Mach-Werten zu sprechen. Das kommt wegen der Anwesenheit "transonic Regime" um M=1 vor, wo Annäherungen Navier-schüren, gelten Gleichungen, die für das Unterschalldesign wirklich nicht mehr verwendet sind, der einfachste von vielen Gründen, die sind, dass der Fluss lokal beginnt, M=1 zu überschreiten, selbst wenn die freestream Machzahl unter diesem Wert ist.

Inzwischen wird das "Überschallregime" gewöhnlich verwendet, um über den Satz von Machzahlen zu sprechen, für die linearised Theorie verwendet werden kann, wo zum Beispiel (Luft) Fluss nicht chemisch reagiert, und wo die Wärmeübertragung zwischen Luft und Fahrzeug in Berechnungen vernünftig vernachlässigt werden kann.

Im folgenden Tisch wird auf die "Regime" oder "Reihen von Mach-Werten", und nicht die "reinen" Bedeutungen der Wörter "Unterschall-" und "Überschall-" verwiesen.

Allgemein definiert NASA "hoch" Hyperschall-als jede Machzahl von 10 bis 25, und Wiedereintritt-Geschwindigkeiten als irgendetwas Größeres als Mach 25. Flugzeuge, die in diesem Regime funktionieren, schließen Raumfähre und verschiedene Raumflugzeuge in der Entwicklung ein.

Ähnlichkeitsrahmen

Die Kategorisierung des Luftstroms verlässt sich auf mehrere Ähnlichkeitsrahmen, die die Vereinfachung fast unendliche Zahl von Testfällen in Gruppen der Ähnlichkeit erlauben. Für transonic und komprimierbaren Fluss erlauben die Zahlen von Mach und Reynolds allein gute Kategorisierung von vielen Fluss-Fällen.

Hyperschallflüsse verlangen jedoch andere Ähnlichkeitsrahmen. Erstens werden die analytischen Gleichungen für den schiefen Stoß-Winkel fast unabhängig der Machzahl am hohen (~> 10) Machzahlen. Zweitens bedeutet die Bildung von starken Stößen um aerodynamische Körper, dass die freestream Zahl von Reynolds als eine Schätzung des Verhaltens der Grenzschicht über einen Körper weniger nützlich ist (obwohl es noch wichtig ist). Schließlich, die vergrößerte Temperatur von Hyperschallflüssen bedeuten, dass echte Gaseffekten wichtig werden. Deshalb wird die Forschung in hypersonics häufig aerothermodynamics, aber nicht Aerodynamik genannt.

Die Einführung von echten Gaseffekten bedeutet, dass mehr Variablen erforderlich sind, den vollen Staat eines Benzins zu beschreiben. Wohingegen ein stationäres Benzin durch drei Variablen (Druck, Temperatur, adiabatischer Index), und ein bewegendes Benzin durch vier (Geschwindigkeit) beschrieben werden kann, verlangt ein heißes Benzin im chemischen Gleichgewicht auch Zustandgleichungen für die chemischen Bestandteile des Benzins, und ein Benzin im Nichtgleichgewicht löst jene Zustandgleichungen, die Zeit als eine Extravariable verwenden. Das bedeutet, dass für einen Nichtgleichgewicht-Fluss etwas zwischen 10 und 100 Variablen erforderlich sein kann, den Staat des Benzins zu jeder vorgegebenen Zeit zu beschreiben. Zusätzlich, rarefied Hyperschallflüsse (gewöhnlich definiert als diejenigen mit einer Zahl von Knudsen oben 0.1) folgen nicht Navier-schürt Gleichungen.

Hyperschallflüsse werden normalerweise durch ihre Gesamtenergie kategorisiert, hat als ganzer enthalpy (MJ/kg), Gesamtdruck (kPa-MPa), Stagnationsdruck (kPa-MPa), Stagnationstemperatur (K), oder Geschwindigkeit (km/s) ausgedrückt.

Wallace D. Hayes hat einen Ähnlichkeitsparameter entwickelt, der der Bereichsregel von Whitcomb ähnlich ist, die ähnlichen Konfigurationen erlaubt hat, verglichen zu werden.

Regime

Hyperschallfluss kann in mehrere Regime ungefähr getrennt werden. Die Auswahl an diesen Regimen, ist wegen des Verschmierens der Grenzen rau, wo eine besondere Wirkung gefunden werden kann.

Vollkommenes Benzin

In diesem Regime kann das Benzin als ein ideales Benzin betrachtet werden. Der Fluss in diesem Regime ist noch Machzahl-Abhängiger. Simulationen fangen an, vom Gebrauch einer Unveränderlich-Temperaturwand, aber nicht der adiabatischen mit niedrigeren Geschwindigkeiten normalerweise verwendeten Wand abzuhängen. Die niedrigere Grenze dieses Gebiets ist um das Mach 5, wo Staustrahltriebwerke ineffizient, und die obere Grenze um das Mach 10-12 werden.

Ideales Zwei-Temperaturen-Benzin

Das ist eine Teilmenge des vollkommenen Gasregimes, wo das Benzin chemisch vollkommen betrachtet werden kann, aber die Rotations- und Schwingtemperaturen des Benzins müssen getrennt betrachtet werden, zu zwei Temperaturmodellen führend. Sieh besonders das Modellieren von Überschallschnauzen, wo das Schwingeinfrieren wichtig wird.

Abgesondertes Benzin

In diesem Regime beginnen diatomic oder Polyatombenzin (das Benzin, das in den meisten Atmosphären gefunden ist), sich abzutrennen, weil sie in Kontakt mit dem durch den Körper erzeugten Bogen-Stoß eintreten. Oberfläche catalycity spielt eine Rolle in der Berechnung der Oberflächenheizung, bedeutend, dass der Typ des Oberflächenmaterials auch eine Wirkung auf den Fluss hat. Die niedrigere Grenze dieses Regimes ist, wo jeder Bestandteil von Gasmischung zuerst beginnt, sich im Stagnationspunkt eines Flusses abzutrennen (der für den Stickstoff ungefähr 2000 K ist). An der oberen Grenze dieses Regimes fangen die Effekten der Ionisation an, eine Wirkung auf den Fluss zu haben.

Ionisiertes Benzin

In diesem Regime wird die ionisierte Elektronbevölkerung des stagnierten Flusses bedeutend, und die Elektronen müssen getrennt modelliert werden. Häufig wird die Elektrontemperatur getrennt von der Temperatur der restlichen Gasbestandteile behandelt. Dieses Gebiet kommt für freestream Geschwindigkeiten ungefähr 10-12 km/s vor. Das Benzin in diesem Gebiet wird als nichtausstrahlend plasmas modelliert.

Strahlenbeherrschtes Regime

Über ungefähr 12 km/s ändert sich die Wärmeübertragung zu einem Fahrzeug davon, bis Strahlungs-beherrschten leitend beherrscht zu werden. Das Modellieren von Benzin in diesem Regime wird in zwei Klassen gespalten:

1. Optisch dünn: Wo das Benzin Radiation nicht wiederabsorbiert, die von anderen Teilen des Benzins ausgestrahlt ist
2. Optisch dick: Wo die Radiation als eine getrennte Energiequelle betrachtet werden muss.

Das Modellieren optisch dicken Benzins ist seitdem wegen der Berechnung der Radiation an jedem Punkt äußerst schwierig, die Berechnungslast breitet sich theoretisch exponential als die Zahl von Punkten betrachtet als Zunahmen aus.

Siehe auch

• Überschalltransport
• Das Heben des Körpers
• Atmosphärischer Zugang

Hyperschallflugzeug

• DARPA Falke-Projekt
• Reaktionsmotoren Skylon, Reaktionsmotoren A2 (Designstudien)
• HyperSoar (Konzept)
• Waverider
• X-20 steigen Dyna-auf, Rockwell hat X-30 (annulliert)
• Avatar RLV

Motoren

• Raketentriebwerk
• Scramjet
• Reaktionsmotor-SÄBEL, LAPCAT (Designstudien)

Andere Fluss-Regime

• Unterschallflug
• Transonic
• Überschall-

Links

• Das Handbuch der NASA zu Hypersonics
• Hypersonics Group in der Reichsuniversität
• Universität des Queensland-Zentrums für Hypersonics
• High Speed Flow Group an der Universität von New South Wales