隔膜式激波管工作原理

   在实验条件下，可用激波管产生强冲击波。隔膜式激波管是其中的一种。用这种装置，

可产生从几个以至几十个马赫数(简称M数,为波速度与声速之比,表超声速的倍数)的各种

强度的激波，适于高超声速飞行的激波过程研究。

   隔膜式激波管有单级隔膜与多级隔膜之分。这里限于介绍单级隔膜式激波管的工作原理。

图五(a)是隔膜式激波管结构示意图，它由高压气室和低压气室二部分组成，其间用隔膜隔开。一般情况下，激波管的高压气室充以几个气压至几十个气压的纯氢或氦，在低压气室则

充以几个毫米汞柱或几十个毫米汞柱的被研究气体。由于隔膜的两方气压悬殊很大，当高压气室中的气体压强上升至某一隐界值时，隔膜就自然的爆发式的破裂或者采用人工方法，使隔

膜在预定的气压下破裂。隔膜破裂致使高压气室中的气体迅速冲向低压气室，恰似一个超声气

体“活塞”，推动低压气室中的被研究气体向前运动，形成在被研究气体中传播的正激波，这

里，高压气体作等熵膨胀，对激波的形成主要起到超声“气体活塞”的推动作用。如果激波管

长度为无限长，在低压气室中传播的正激波将沿管道以恒定速度传播下去。实际情况并非如此，由于边界层和粘滞效应的影响，在管中传播的正激波，不可能保持恒速，且激波后被加热气体层的厚度也不会随着激波通过的距离而无限增加。激波管的最佳长度，对不同研究目的和激波强度范围，必须预先予以确定。在有限长度的激波管中，激波的传播受到边界条件(激波管的端面)的限制。当激波传播至低压气室的端面时产生反射，形成反射波，如图5、(b)。在反射波中，气体受到更为有效的加热。一般而言，激波反射区域内，气体的温度比正激波后面的气体温度可高出一倍多，许多难于激发的谱线，可以在此区域内激发出来。另一方面，在正激波沿低压气体传播的同时，沿高压气室有一稀疏波传播，稀疏波通过以后，高压气室中的气体温度瞬时下降，出现短暂时间的冷冻现象；稀疏波传播至气室的端面时也会产生反射。径向稀疏波的出现，对激波的传播可能发生干扰，这就要求对激波管的长度比,即高压气室与低压气室长度进行优化设计，方能保证正激波和反射波的稳定传播。文献［］给出了相关的定量计算方法，可作激波管设计的参考。图5、是激波管中的激波和稀疏波传播情况及管中瞬间压强，温度分布曲线。其中，图5、(b)是(x.t)图。图中记有“１”处，表激波尚未达到的静止气体区域；“２”表激波波阵面与接触面（“气体活塞”与激波后面被加热的调温气体的分界面）之间的高温气体区；“５”是激波反射区；“３”是激波通过后的伴随流动气体区（即“气体活塞”）；“６”稀疏波；“４”是静止高压气体区。如果激波管隔膜在t0 时刻破裂，则经一定时刻至t1 时由（x.t）图可得出激波和接触面所达到的位置，它们分别在x₁和x₂处。

                  图5、激波管中压强、温度分布曲线(略)