Investigation of direct shock waves occurring in ionised monatomic gas

Abstract

Развитие космической техники привело к необходимости исследования движения летательных аппаратов с большими сверхзвуковыми скоростями в верхних слоях земной атмосферы. При этом газовая среда около обтекаемого тела может иметь очень малую плотность и разогреваться до очень высокой температуры. В этих условиях нельзя пренебрегать влиянием сжимаемости газа, нужно учитывать возможность изменения его состава и физико-химических свойств.

Как известно, при сравнительно низких плотностях и высоких температурах в газе происходят процессы диссоциации и ионизации. Поэтому, одной из важных задач является исследование течений одноатомных многократно ионизованных газов.

В данной работе исследуются локально равновесные сверхзвуковые течения однократно ионизованного азота. Для описания таких течений необходимо несколько изменить обычную систему газодинамических уравнений. Кроме того, нужно учитывать возможность возникновения поверхностей, при переходе через которые газодинамические параметры терпят разрыв.

В работе выводятся уравнения на поверхности сильного разрыва для локально равновесных потоках ионизованных одноатомных газов. Приводятся конкретные вычисления состава ионизованного азота за прямым скачком.

The development of space technology has led to the need to study the movement of aircraft with high supersonic speeds in the upper layers of the Earth's atmosphere. At the same time, the gas medium near the streamlined body can have a very low density and heat up to a very high temperature. Under these conditions, the influence of gas compressibility cannot be neglected, it is necessary to take into account the possibility of changing its composition and physico-chemical properties.

As is known, at relatively low densities and high temperatures, processes occur in the gas dissociation and ionization. Therefore, one of the important tasks is to study the flows of monatomic repeatedly ionized gases.

In this paper, locally equilibrium supersonic flows of single ionized nitrogen are investigated. To describe such flows, it is necessary to slightly change the usual system of gas dynamic equations. In addition, it is necessary to take into account the possibility of surfaces, during the transition through which the gas dynamic parameters suffer a rupture.

In this paper, equations are derived on the surface of a strong discontinuity for locally equilibrium flows of ionized monatomic gases. Specific calculations of the composition of ionized nitrogen for a direct jump are given.