激波

在气体、液体和固体介质中，压强（或应力）、密度和温度等物理量在波阵面上发生突跃变化的压缩波，又称冲击波。通常，在绕物体的超声速气流中或物体以超声速在空气中运动时会产生激波。在固体介质中，由于爆炸或高速碰撞等冲击作用也会形成激波。水管中阀门突然关闭所形成的水击波也是一种激波。

当物体（如飞机、导弹等）以跨声速或超声速在空气中运动时，或者当超声速气流受到阻滞时，形成强烈的空气压缩波，即为气体中的激波。它可视为由无穷多个压缩波叠加而成。气流通过它以后，压强、密度、温度和熵值突升，而速度和马赫数骤减；同时有很大一部分机械能转化为热能，这就是激波损失。按波阵面和气流方向是垂直还是斜交，分为正激波和斜激波（图1）。按波阵面是否和物体接触，分附体激波和离体激波。定常（恒定）超声速气流穿过斜激波会折转一个角度，使流动方向发生变化。一定马赫数的超声波气流经斜激波可能折转的角度有一个最大值（δ_max），将一个尖楔置于超声气流中，当楔面相对于气流的倾斜角（α）小于上述最大值（δ_max）时，就会产生附着在楔尖上的斜激波，如图1（a）。若α大于δ_max，则会在尖楔前面产生弓形波，如图1（b），这种激波就是离体激波。弓形激波的中间部分相当于正激波（图中的AB段）。

图1 超声速气流绕物体流动时形成的激波

（a）斜激波；（b）弓形激波中间部分的正激波

图2 激波前后关系

对于随激波一起运动的坐标系来说，激波是固定不动的。对于图2中激波上的一点D，激波前后介质速度（v）、压强（p）、密度（ρ）和比焓（h，单位质量物质的焓）之间所满足的质量守恒、动量守恒和能量守恒方程分别为

式中，下角标1、2分别表示激波前后的参数，n、t分别表示沿D点激波法线方向和切线方向的分量。

上述关系式通常称为兰金—许贡纽关系式。为使上述方程组封闭，还应补充一个气体状态方程。

对于作超声速运动的飞行器来说，激波会引起很大的阻力；对于超声速风洞和压气机等内流设备来说，在气流由超声速降为亚声速时出现的激波，会大大降低风洞和发动机的效率，所以必须设法减弱激波强度以减小激波损失。相反，激波可使气体的压强和温度急剧升高，因此，也可以利用激波来产生高压和高温，以研究气体在高压和高温下的性质。