Wie schützt die Stoßwelle einer Hyperschallbewegung das sich bewegende Objekt vor Luft?

Ich bin mir nicht sicher, was genau mit "Schützen" des Steaks gemeint ist. Hier sind zum Beispiel einige Schlierenbilder von einigen NASA-Windkanaltests.

Beachten Sie, dass Sie bei einem Körper mit stumpfer Nase immer einen Bogenstoß mit einem bestimmten Abstand zum Körper beobachten werden. Bei einem Körper mit scharfer Nase werden Sie jedoch meistens immer anhängende schräge Stöße beobachten, die von der Nase des Körpers ausgehen. Wenn die Machzahl auf größere Werte erhöht wird, "wickelt" sich der Bugstoß näher an die Oberfläche des Körpers, berührt den Körper jedoch nie wirklich. In ähnlicher Weise nähern sich bei einem Körper mit scharfer Nase die schrägen Stöße der Oberfläche des Körpers und bilden eine sehr dünne Schicht, die als Stoßschicht bezeichnet wird. Die physikalische Natur dieser Schicht ist sehr komplex mit scharfen Entropie- und Vorticity-Gradienten und der Bildung von viskosen Grenzschichteffekten.

Es ist wahr, dass im Falle des Körpers mit stumpfer Nase die Strömung direkt hinter der Vorderkante des Bugstoßdämpfers Unterschall ist. In diesem Fall breitet sich die Strömung mit Überschall um den Körper aus, obwohl sich der Körper technisch mit einer Hyperschall-Mach-Zahl bewegt. Ich nehme an, das war vielleicht das, was damit gemeint war, dass der Schock das Steak vor schnelleren Windgeschwindigkeiten "schützt". Dies würde das Steak jedoch in keiner Weise physisch "schützen". Bei ausreichend hohen Geschwindigkeiten wird das Gas hinter den Stoßwellen in beiden Fällen vollständig dissoziiert und ionisiert. Seltsamerweise geschieht dies im Allgemeinen innerhalb der Grenzschicht. Hier ist zum Beispiel ein typisches Temperaturprofil für eine Hyperschall-Grenzschicht.

Die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung in das Steak würde durch das Fourier-Gesetz geregelt,

In diesem Fall würden wir uns auf den Temperaturgradienten normal zum Steak konzentrieren,$\partial T/ \partial y$. In den meisten Fällen ist dies ein sehr großer Farbverlauf, wie im Bild angezeigt. Da die maximale Temperatur normalerweise in einem mittleren Abstand zwischen der Oberfläche und dem Rand der Grenzschicht auftritt, können Sie außerdem die Wärmeübertragung in Form von Strahlung von einem strahlenden Plasma direkt über der Oberfläche leicht beobachten, wenn die Geschwindigkeiten hoch genug sind. In Bezug auf dieses bisschen Physik wäre das Steak größtenteils zerfallen und nicht geschützt.

Ich bin mir auch nicht sicher, worauf sich der Ausdruck "vor den immer schnelleren Winden schützen" bezieht, aber es kann die Tatsache sein, dass die Machzahl hinter der (normalen) Stoßwelle auf das Gegenteil der Machzahl draußen abfällt der Bugwelle,

und die Fluggeschwindigkeit im Raum zwischen der Stoßwelle und dem sie verursachenden Objekt wird ebenfalls entsprechend verringert. Natürlich hat sich auch die Temperatur der Luft in diesem Bereich erhöht, daher bin ich mir nicht sicher, von welchem ​​"Schutz" wir hier sprechen. Sicherlich werden die Scherspannungen an der Oberfläche viel geringer sein, als sie es wären, wenn es keine Schockwelle gäbe.

Angesichts der Tatsache, dass die Nasen und Vorderkanten von Überschallflugzeugen in frühen Jahren geschmolzen sind, bevor sich fortschrittlichere Technologie durchgesetzt hat (und immer noch eine Möglichkeit ist, wenn die Konstruktionsgeschwindigkeit überschritten wird) ... denke ich, dass mit der Zeit ein in der Realität beeinträchtigtes Überschallsteak schließlich garen würde, wenn nicht sogar gleichmäßig .

Unter der Annahme, dass sich ein Bugschock bildet ... Der Bugschock würde verhindern, dass sich der "eisige Stratosphärenstoß (Wind)" jemals dem Steak nähert. Daher würde keine Wärme durch Konvektion vom Steak weg auf die normalen Temperaturen der Stratosphärenatmosphäre übertragen. Wie bereits erwähnt, sind Objekte, die einen Bugstoß bilden, in der thermischen Umgebung des Bugstoßes gefangen und der gesamten Temperatur ausgesetzt, die durch das Komprimieren von Luft an der Oberfläche des Bugstoßes erzeugt wird ... wenn auch in einiger Entfernung. Ja, die genaue Temperatur, die an der Oberfläche des Bugstoßes entsteht, wird durch die Wechselwirkung mit der umgebenden Atmosphäre beeinflusst - aber hauptsächlich nur an der vorderen Außenfläche. Infolgedessen dominiert der kühlende Konvektionseffekt nicht im Bereich der direkten Vorwärtskompression, sondern nur, wenn der Bugstoß an den Seiten abzufließen beginnt und später zunimmt, wenn Turbulenzen beginnen, die Bugstoßluft mit Luft mit normaler Geschwindigkeit zu mischen. So würde ein Hyperschall-Steak schön in eine Art Ofen eingewickelt, wobei nur die Hinterkanten in relativ kühler Luft sind ... alles unter der Annahme, dass die Realität das Steak nicht zersetzt.

Um ein Steak herum würde sich niemals ein Bogenstoß bilden, selbst wenn es gefroren wäre. Steaks mangelt es sowohl an mechanischer Festigkeit als auch an aerodynamischer Stabilität und Stromlinienform. Ein solches Steak würde auseinanderbrechen wie frühe Flugzeuge, die ihre maximale Unterschallgeschwindigkeit erreichen, wenn die Gegenwindkräfte die mechanische Festigkeit übersteigen. Das setzt voraus, dass das Steak im "Flug" stabil ist. Realistischer würde ein Steak aufgrund aerodynamischer Instabilität taumeln und sich drehen und dann aufgrund der Zentrifugalkraft zersplittern, die die mechanische Spannungsfestigkeit übersteigt, lange bevor Gegenwind- / Bugwellenkräfte zu einem Problem wurden.