激波管的工作原理

它通常是一根两端封闭的柱形长管，中间用一膜片隔成两段（图1中的D区和A区），分别充以满足模拟要求的高压驱动气体和低压被驱动（实验）气体。膜片破裂后，高压气体膨胀，产生向右端低压气体中快速运动的激波，并产生向左端传播的膨胀波。图2的B区中为激波后的气体状态，C区中为膨胀波后的气体状态，B、C两区的交界面称为中间面。激波的压缩作用，会使实验气体的参量有相应的变化，例如压强p和温度T有较大的提高（压强和温度的分布见图2上部），从而得到符合模拟要求的工作条件。由于激波运动相当迅速，经激波压缩后的实验气体参量只能在短暂时间（通常是毫秒级到微秒级）内保持不变，相应的流动也只在短暂时间内保持定常。用激波管获得的气体流动，可用于不同目的的空气动力学试验研究。

图1 膜破裂前激波管内压力分布

图2 膜破裂后激波管内气体状态

1.熟悉实验设备及其功能；

2.熟练 *** 作设备，如使用脉冲压电机、示波器、信号源等；

3.实验时要穿防静电服；

4.实验时要将设备静电消除；

5.使用脉冲压电机时要知道正确的电压等级，以免破坏仪器；

6.确保设备的稳定运行，以减少不必要的损失。

二、实验中注意事项：

1.实验室要保持清洁，要勤加检查仪器，以免发生损坏；

2.实验时要加强安全，避免不必要的损失；

3.实验要慎重进行，实验数据不要被擅自更改；

4.实验室要定期检查并更换耗材，以保证实验质量；

5.及时报告实验结果，方便对实验结果进行分析。

激波可视为由无穷多的微弱压缩波叠加而成。数学家B.黎曼在分析管道中气体非定常运动时发现，原来连续的流动有可能形成不连续的间断面。图1说明管道内非定常流动中激波的形成过程。在管的左端用活塞向右推动气体，使气体运动速度由零逐渐加大到，产生一系列向右传播的压缩波。在瞬间，A、B面之间为压缩区，图上方表示瞬间管内气体速度分布情况。下方的两图分别画出沿管长x相应的压强p和速度的分布。由A到B，压强由逐渐上升为，速度由零增大到。经微小厚度dx的一薄层，流体压强升高dp，这是一道微弱的压缩波，向右的传播速度为气体速度和当地声速（见声速）之和。整个压缩区AB中有无穷多道压缩波，左面的波都比右面的传播得快，随着波的前传，在以后的瞬间、，压缩区愈变愈窄。相应的压强、速度分布曲线如图中虚线所示。最后在时刻，所有的压缩波合在一起形成一道突跃的压缩波——激波。经过激波，压强突然由增大到，流速由零增大。激波相对于波前气体的传播速度是超声速的，激波愈强，传播速度愈快；激波相对于波后气体的传播速度是亚声速的。定常超声速气流沿凹壁流动时也会形成激波。图2为定常超声速流动中压缩波叠加成激波的图形。利用光线经过密度不同的介质会发生偏转的性质，可用光学方法对激波照相。

图1 管内非定常流动中激波的形成

图2 定常超声速流动中压缩波叠加成激波的图形