Onde d'urto onda d'urto è legata alla comprimibilità dell'aria. Attraverso di essa si hanno brusche variazioni delle grandezze termodinamiche (pressione, temperatura, velocità del suono, entropia, ecc...) e di grandezze cinematiche come ad esempio la velocità del fluido stesso.
Ad esempio l'esplosione di un ordigno crea un'onda d'urto sferica la quale è caratterizzata da un forte rumore e un cosiddetto "spostamento d'aria": questi sono effetti legati proprio ad un improvviso aumento di pressione.
Onde d'urto si manifestano in tutti i
flussi transonici e supersonici (comprendendo con questa definizione tutti i flussi a Mach maggiore o uguale a 1), ma le caratteristiche geometriche possono essere di vario tipo: urti piani, obliqui, curvi; oppure attaccati o staccati davanti al corpo. Si può osservare la formazione di onde d'urto in prossimità della parete di corpi affusolati già a velocità transoniche, davanti a corpi arrotondati a velocità supersoniche o all'interno di condotti (ugelli o prese d'aria) nei quali si raggiungano velocità supersoniche.
Onda d'urto (obliqua) e rumore generati da un modello di missile a
Mach 3.5
Onda d'urto (obliqua), espansione e scia su diedro finito
Per praticità immaginiamo un diedro fermo lambito da una corrente d'aria che avanzi a velocità supersonica (come, ad esempio, la punta di un missile o di un aereo supersonico). Se la velocità fosse
subsonica, l'informazione della presenza del corpo potrebbe risalire la corrente (viaggiando alla velocità del suono che in questo caso è maggiore di quella dell'aria) e il fluido aggirerebbe il diedro accelerando attorno ad esso. Essendo però la velocità supersonica, questa informazione non può arrivare a monte, ma comunque l'aria dovrà deviare la sua traiettoria evitando così il diedro: questa deviazione avviene bruscamente (cioè in maniera discontinua) proprio attraverso un urto obliquo (o meglio conico in 3D). L'inclinazione di questo urto dipende sia dal numero di Mach della corrente, sia dall'angolo del diedro. Qualora si superino certi valori, l'onda non può più rimanere attaccata al corpo e si avrà un urto curvo staccato. Questo tipo di urto è proprio anche dei corpi con punta arrotondata sempre a velocità supersoniche, si pensi ad esempio allo Space Shuttle (nella figura si nota un urto curvo davanti alla capsula Apollo al suo rientro).
Come accennato, attaverso un urto, oltre ad un rallentamento dell'aria, si ha un forte aumento di pressione e di temperatura. Per questi motivi la formazione di urti è sfruttata nelle prese d'aria supersoniche, come avremo modo di vedere in maniera più approfondita, ma, tale aumento, nonchè l'entropia (dispersione d'energia) derivante dalla discontinuità di tale processo, rendono gli urti nocivi per quanto riguarda gli ugelli, in quanto questi ultimi hanno il fine di espandere il fluido (cioè di abbassarne la pressione aumentandone la velocità).
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