Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
высотах более -60 км степень ионизации приближается к квазиравновесной
для всей системы.
Скорость рекомбинации атомов
Основными реакциями, определяющими местную степень диссоциации воздуха,
являются:
ki
Оа + М О+О + М;
hiR
1NT. + M -Z^N + N + M;
NO + M^ZZt N + O + M;
Азв
0 + Na NO + N;
N + Oa NO + O.
Хотя реакции обмена (последние два уравнения) эффективны в сочетании с
диссоциацией Na и Оа, в процессе быстрого расширения они не имеют важного
значения, так как не изменяют относительного количества атомов и молекул
в системе. Поэтому скорость рекомбинации атомов будет определяться
трехкомпонентными процессами рекомбинации (первые три уравнения
приведенной выше системы).
Константы обратных процессов kiH, k2R, k3R близки по величине. Поэтому,
если пренебречь различием типов атомов, участвующих в рекомбинации (и
типом атомов третьего компонента М), производная от концентрации атомов в
процессе быстрого расширения будет равна
dnA/dt - -пл (vjd + kRnAnM).
Если взять среднее значение, то
kR = 10-272,-*/2 смв/с,
где пл - концентрация всех атомов на сфере, а пм - концентрация всех
частиц на сфере. Кроме очень низких высот процесс рекомбинации атомов в
следе неравновесный. Концентрации электронов в ламинарном следе за сферой
в квазиравновесном состоянии при скорости 6,7 км/с на высоте 60 км
указаны на фиг. 54. Нетрудно заметить, что ионизованный след за тупым
138
ГЛАВА VIII
телом имеет четко выраженное ядро, диаметр которого сравним с диаметром
тела.
Внутри ядра концентрация электронов почти не меняется, аа исключением
области, примыкающей к телу, но на внешней границе ядра концентрация
электронов резко падает, образуя хорошую отражающую поверхность для
электромагнитных волн с частотой, меньшей частоты плазмы внутри ядра.
Резкое падение концентрации электронов в радиальном направлении вызвано
быстрым уменьшением интенсивности головной ударной волны
I____________1____________1____________:________.
О 10 20 30
Расстояние за сферой в диаметрах
Фиг. 54. Концентрации электронов в следе за сферой при скорости 6,7 км/с
на высоте 60 км [84].
Растет производился для ламинарного равновесного изоэнтро-пически
расширяющегося чистого воздуха.
при удалении от оси тупого тела. Изменение концентрации электронов в
осевом направлении внутри ядра обусловлено падением давления в
гиперзвуковом потоке. Известно, что для уменьшения давления за головной
ударной волной при гиперзвуковых скоростях до давления окружающей среды
требуется значительное расстояние. В дальней части следа после падения
давления до значения в окружающей среде концентрация электронов внутри
ядра изменяется либо вследствие диффузии, либо вследствие других типов
диссипации.
Ионизация примесей, потенциал ионизации которых существенно ниже, чем у
N0 (таких, как металлы, особенно из группы щелочных и щелочноземельных),
может коренным образом повлиять на распределение концентрации электронов
в следе. Однако примеси с потенциалом ионизации, равным или превышаю щим
первый потенциал ионизации N0, который составляет 9,25 эв (например,
большинство неметаллических элементов и органических соединений, или
элементов с высоким электронным сродством, как галогены), не изменяют
распределения концентрации электронов.
ТЕЧЕНИЕ В СЛЕДЕ
139
2.2.3. Переход
В настоящее время интенсивно изучается переход ламинарного течения в
следе в турбулентное. Пока еще не известна исходная причина перехода,
хотя представляется, что неустойчивость или сход вихрей с тела вызывают
возмущение ламинарного течения. Переход течения в следе зависит главным
образом от высоты или атмосферного давления и плотности, а также от
размеров тела,
но слабо зависит от скорости [88]. При входе тела в верхние слои
атмосферы с постоянной скоростью за ним образуется ламинарный след, но по
мере того, как тело спускается, ламинарный след переходит в турбулентный
и точка перехода перемещается по направлению к телу. Переход может быть
определен различными способами: методами термоанемометрии, по изменению
электрического тока, с помощью съемочной камеры барабанного типа по
понижению скорости светящегося течения, шлирен-методами по началу
изменения плотности и с помощью радиолокационных измерений по резкому
росту ультравысоких час-цилиндром при М о" = 5,8 происходит при числе
Рейнольдса Renepex = 5,5-104- 7,5-Ю1 [89] или приблизительно при Иеперех^
7-104 [90], вычисленном по расстоянию до области перехода от оси цилиндра
и условиям внешнего потока. Если Renepex вычисляется по расстоянию от
эффективного начала и по локальным условиям в потоке при Мао = 5,7, то
Reaep3x = 8,5-101 [91]. Расстояние между осью цилиндра и точкой перехода
в следе xncf,ei определяется по числу Re, вычисленному для единицы длины,
с помощью простой зависимости, полученной Деметриадесом [89] (фиг. 55),
Переход течения в следе за тонким телом происходит сразу за
горлом
или на некотором расстоянии от него по потоку вследствие
