Rázové vlny

Rázové vlny jsou oblasti, ve kterých probýhá skokové stlačení plynů, které vznikají na hranách těles pohybujících se nadzvukovou rychlostí.

Kolmá rázová vlna:

Kolmá rázová vlna vzniká na tělese vždy v okamžiku, když dosáhne rychlosti zvuku. Nadzvukové proudění před rázovou vlnou rázově přejde do podzvukového.

Vzduch o počátečních hodnotách tlaku, hustoty a teploty při nadzvukovém proudění se v rovině rázové vlny skokově zhustí, zvýší se jeho tlak, hustota a teplota, přičemž dojde ke snížení jeho rychlosti na podzvukovou. Vlivem přímého tlakového rázu vzduchu vznikne kolmá rázová vlna. Tento tlakový ráz se projevuje přeměnou velkého množství kinetické energie proudění na teplo. Tato ztráta energie se projevuje zvýšením aerodynamického odporu, tzv. odpor rázových vln.

U kolmé rázové vlny dochází k vůbec největší energetické přeměně v proudění a tudíž má taky největší odpor rázových vln, který se však vyskytuje pouze v rychlostech velmi blízkých rychlosti zvuku. Tento dodatečný odpor při překonávání rychlosti zvuku je často nazýván přechodovým odporem, nebo taky zvukovou bariérou.

Šikmá rázová vlna:

Při překonání zvukové bariéry, dojde ke "zlomení" kolmé rázové vlny a ta se změní na šikmou. Největším rozdílem mezi těmito dvěma rázovými vlnami je fakt, že šikmá rázová vlna nezpomalí proudění do podzvukové rychlosti, tudíž dosahujeme tzv. plně nadzvukového proudění. To je způsobeno faktem, že šikmá rázová vlna pracuje pouze se složkou rychlosti kolmé k rovině rázové vlny.

Úhel sklonu šikmé rázové vlny lze vypočítat dle vzorce:

Kde M = Machovo číslo a Θ = úhel mezi vektorem letu a kolmicí k rovině šikmé rázové vlny. Tento úhel se pak dá (pomocí Pythagorovy věty) převést na Machův úhel ϕ, který znázorňuje úhel mezi vektorem letu a šikmou rázovou vlnou.

Sklon šikmé rázové vlny vůči rovině kolmé na směr nabíhajícího proudu se se stoupající rychlostí zvyšuje.

Díky odklonu kolmice k rovině šikmé rázové vlny od směru letu dojde po průchodu rovinou rázové vlny k odklonění proudění o úhel β.

Čelní rázová vlna:

Čelní rázová vlna je specifický typ rázové vlny, která vzniká po obou stranách náběžné hrany tělesa při pohybu nadzvukovou rychlostí.

Čelní rázová vlna se může vytvořit buďto před samotným tělesem, nejčastěji u zaoblených hran podzvukově tvarovaných těles, a to v nižších nadzvukových rychlostech, nebo přímo na náběžné hraně tělesa, nejsnadněji na ostrých hranách, při vyšších nadzvukových rychlostech. Čím je hrana tělesa ostřejší, tím dřív dojde k přimknutí čelní rázové vlny k náběžné hraně tělesa.