충격파의 종류와 특징

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▶충격파란?
초음속 흐름의 특성을 이해하기 위해서는 아음속 흐름의 특성을 다시 정리하는 것이 중요하다. 아음속 흐름에서는 공기의 압축성 효과에 관계없이 공기 흐름의 통로가 좁아지면 속도는 증가하게 되고 압력은 감소된다.
한편, 초음속 흐름에서는 압축성 효과를 반드시 고려해야 하며, 아음속 흐름의 특성과는 정반대로 공기 흐름의 통로가 좁아지면 속도는 감소되고 압력은 증가된다.
V1=V3>V2 , P1=P3>P2
이러한 흐름의 정반대 현상은 아음속 흐름에서 초음속 흐름으로 바뀌면서 공기의 밀도, 압력, 그리고 온도의 변화가 복합적으로 일어나기 때문이다.
공기가 균일하게 정상 상태로 쐐기 모양의 물체 위를 흘러갈 때 아음속 흐름과 초음속 흐름의 특성을 비교하는 데 있어 경계층의 영향은 없는 것으로 가정한다. 만일, 흐름의 속도가 음속보다 작으면, 흐르는 공기 입자들은 물체에 도달하기 전에 물체가 있는 것을 감지하기 때문에 흐름 방향을 서서히 변화하고 흐름의 성질도 점차적으로 변화하면서 유선을 따라 흐르게 된다.
한편, 흐름의속도가 음속보다 빠르면 공기 입자들은 물체에 도달하기 전까지는 물체가 있는 것을 감지하지 못하기 때문에 물체 가까운 곳까지 도달한 후에 흐름 방향은 급격히 변화하게 된다. 이 흐름의 급격한 변화로 인하여 압력이 급격히 증가되고 밀도와 온도 역시 불연속적으로 증가하게 되는데 이 불연속면을 충격파(Shock wave)라 한다.
여기서 충격파를 두 가지로 구분을 할 수 있는데 그 중 하나가 충격파와 마하파(Mach wave)로 구분하는 것이다.
공기 중으로 전파되는 소리의 속도와 비행체의 속도 사이에 일어나는 관계를 이해하기위하여 종을 장착한 어떤 비행체의 이동 상태를 관찰해 보자. 비행체가 정지 상태에 있을 때 종을 치면 종소리는 사방으로 동일한 속도로 시간이 경과함에 따라 동일한 거리만큼씩 전파된다. 종소리는 아주 미소한 압력과 밀도의 변화를 나타내는 교란으로써, 공기 중에 음속으로 전파 된다.

참고자료

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