Regime ipersonico: differenze tra le versioni

Versione delle 17:57, 10 apr 2024

Versione delle 21:25, 24 feb 2025

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* Il ''fronte dell'onda d'urto'': all'aumentare dei Mach, la densità dell'onda d'urto aumenta e il suo volume diminuisce per la legge della conservazione della massa; di conseguenza, anche il fronte dell'onda d'urto diminuisce.

* L'''entropia'', che aumenta nella zona del fronte d'urto come risultato di un alto gradiente entropico e forti flussi vorticosi che interagiscono nello [[strato limite (fluidodinamica)|strato limite]].

* L'''interazione viscosa'': una parte dell'elevata [[energia cinetica]] associata ai regimi ipersonici si trasforma in [[energia interna]] del fluido a causa di effetti viscosi; questo aumento di energia interna si traduce nell'aumento della temperatura. Benché il gradiente di pressione perpendicolare al flusso all'interno dello strato limite sia pari a zero, l'aumento della temperatura coincide con una diminuzione della densità di questo strato, che si può espandere e fondere con l'onda d'urto.

* Le ''alte temperature'' raggiunte per l'interazione viscosa, che causano degli squilibri chimici nell'ambiente circostante, come ad esempio dissociazioni e ionizzazioni di molecole, attraverso dei moti convettivi e per irraggiamento.

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Ovviamente anche il regime ipersonico richiede tali parametri: innanzitutto, l'equazione che governa l'angolo dell'[[Onda d'urto (fluidodinamica)|onda d'urto]] tende a diventare indipendente dal numero di Mach dai 10 Mach in avanti; in secondo luogo, la formazione di intense onde d'urto attorno al corpo in volo indica che il numero di Reynolds diviene meno rilevante nella descrizione dello [[strato limite]] del corpo (benché resti comunque importante); infine, le elevate temperature del regime ipersonico segnalano l'importanza degli effetti dei [[gas|gas reali]]. Per quest'ultimo motivo, lo studio del regime ipersonico è spesso denominato "''aerotermodinamica''".

L'introduzione dei gas reali richiede un numero superiore di variabili necessarie alla descrizione dello stato del gas: mentre un gas stazionario è caratterizzato da tre parametri (la [[pressione]], la [[temperatura]] e il [[volume]]) e un gas in movimento da quattro (i tre precedenti più la [[velocità]]), un gas ad elevate temperature e in [[equilibrio chimico]] richiede delle equazioni di stato per ogni suo componente, mentre un gas non in equilibrio è descritto da queste equazioni se si aggiunge un'ulteriore variabile, cioè il tempo. Tutto questo significa che per descrivere un flusso non all'equilibrio in ogni istante temporale servono tra le 10 e le 100 variabili; inoltre, si deve ricordare che un flusso ipersonico rarefatto (solitamente caratterizzato da un [[numero di Knudsen]] superiore a uno) non segue le [[equazioni di Navier-Stokes]].

I regimi ipersonici vengono solitamente classificati in base alla loro energia totale, espressa come [[entalpia]] totale (in MJ/kg), pressione totale (in kPa o MPa), pressione di stagnazione (sempre in kPa o MPa), temperatura di stagnazione (in K), o velocità (in km/s).