簡單的來說,可以理解為航天飛機在返程時,溫度最高的并非航天飛機本身,而是航天飛機頭部處產生的激波錐。
而氣動加熱也主要由激波前沿和前方的靜態空氣之間的壓縮和摩擦產生。
根據這一理論,亨利艾倫認為如果航天器表面和激波前沿保持一定的距離,既可以大幅度的降低航天器表面的摩擦溫度。
通過這一想法,亨利艾倫設計出來了鈍形的航天器頭部,并通過實驗和最終的論證,確定了這一理論有效果。
這就是為什么目前各國研究的宇宙飛船、航天飛機、洲際導彈的頭部都采用鈍頭錐體的原因。
因為航天器的鈍形頭部可以有效地在減速過程中,在艏部推出一個寬大和強烈的激波,并使波前鋒遠離艏部和周圍,就像平頭的駁船船首推開的波浪一樣。
而這些天來,徐川一直都在搜索翻閱相關的資料和論文,思索著如何進一步的改進亨利艾倫教授的激波錐理論。
相對比傳統的隔熱、散熱、耐熱等材料和技術來看,激波錐理論這是他目前最看好的一條路線。
這是航天飛機極高的速度決定的。
在日常的生活和大部分人所學過的物理中,如果要降低氣動阻力,以減少氣動加熱,那么應該讓物體的體積盡量的小。
因為當物體的體積變小時,與空氣摩擦面積也將減小。因此,在強調速度和效率的領域中,通常會選擇盡可能小的物體設計。
但在航天器上,這一理論是失效的,尤其是在返回再入大氣層的過程中,航天器極高的速度使氣動加熱的升溫速度太快,尖銳的頭部對減小氣動加熱的作用微乎其微。
而頭錐在時間和空間上受到高度集中的熱負荷,根本沒有時間散熱,將很快被燒毀。
傳統的耐熱材料或隔熱、散熱、導熱技術只能略微推遲被燒毀的時機,但不能從根本上改變被燒毀的結局。
而激波錐這條路線,更適合極高速度的航天飛機。
辦公室中,徐川思索著激波錐相關的理論。
雖然說亨利艾倫教授的激波錐理論為航天器的鈍形頭部帶來了一定的優化辦法,但這個問題依舊存在,且最為核心的數學理論并未解決。
書桌后,思索了一會后,他從抽屜中摸出來了一疊草稿紙,沉吟了一會后劃動了手中的圓珠筆。
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這是039超音速擾流問題039的方程組。
簡單的來說,當一個飛行體在空氣中以超音速的速度飛行時,一般在飛行體前方就會產生一個激波。按相對運動的觀點也可理解為,當一個超音速氣流越過一個固定物體時,由于物體的阻繞,在物體前方會形成一個激波。
也就是之前所說的航天器頭部的激波錐,這個激波錐的形成,將大大改變氣流的狀態,從而改變物體受力的情況。
研究這種超音速氣流受固定物體阻繞后所產生的激波面的位置,以及波后的流場就稱為超音速繞流問題。
如果用數學公式來進行表示,一般在空氣動力學中通常會使用euer方程或okes方程來描寫流動。
其在超音速區域中為雙曲型方程,而在亞音速區域中為橢圓型方程。
而對這個方程進行研究,對于現代高速飛行技術的發展,超音速擾流問題方程組的解是至關重要的。
但遺憾的是,由于流場內流體速度的分布是未知的,所以從雙曲型方程變化到橢圓型方程的變型線也是未知的,再加上流體運動方程是非線性的
各種復雜的因素累積起來,導致數學家們在研究這個方程組,在數學分析的處理上時,會涉及非線性、混合型、自由邊界、整體解等等在偏微分方程理論中普遍認為是最困難的因素。
所以是對于鈍頭物體超音速繞流問題,由于方程的變型不可避免,至今無論是關于解的存在性、穩定性或是關于解的結構等都缺乏數學理論已嚴格證明的結果。
其難度雖然沒有ns方程和歐拉方程高,但數學界對其至今沒有多大的研究進展足以證明了它的困難。