Рис. 223. Течение через сонло Лаваля сжатого воздуха при начальном давлении в 7 ата и противодавлении в 1 ата. Скорость истечения - сверхзвуковая

Рис. 224. Течение через сонло Лаваля при (рг > Рв). Скорость истечения дозвуковая

Рис. 225. Течение через сопло Лаваля со скачком уплотнения (р2 < Рв).

Рис. 226. Течение через сонло Лаваля со скачком уплотнения (рг < Рв)

гл. III). В результате, вместо прямого скачка уплотнения образуется два перекрещивающихся косых скачка (см. рис. 226). Если при этом струя газа вновь не прижимается к стенкам, то за скачками уплотнения часто следуют волны давления. Действительное повышение давления.

Рис. 227. Схема установки для получения снимков по способу Теплера

возникающее при скачке уплотнения, значительно меньше теоретического значения.

На рис. 223-226 изображены снимки потока газа через сопла со стеклянными боковыми стенками и с прямоугольным поперечным сечением при различных противодавлениях. Все эти снимки получены по способу Теплера. Прежде чем дать пояснения к этим снимкам, остановимся вкратце на способе их получения. Суть способа Теплера заключается в том, что области потока, в которых имеют место малые разности давлений, получают при проектировании на экран разную освещенность. Для этой цели лучи, исходящие из подходящего источника света (рис. 227), концентрируются при помощи собирательной линзы в небольшое световое пятно, на месте которого устанавливается экран El с острым ребром. Этот экран задерживает часть световых лучей. Остающаяся часть лучей проходит через хорошо корригированную линзу Ll, которая дает резкое изображение этих лучей и ребра экрана El на втором экране Е2. Этот второй экран также имеет острое ребро, параллельное ребру первого экрана; оно устанавливается так, чтобы дальше проходила только узкая полоска света. Поместим теперь между линзой Li и экраном Е2 какой-нибудь возмущающий объект, например, пламя зажженной свечи О. Это пламя будет сообщать проходящим через него лучам света, исходящим из светового пятна в Ei, небольшие отклонения вверх и вниз. Если такой луч света пройдет через точку пламени, вызывающую отклонение луча вверх, то продолжение этого луча пройдет над экраном Е2 выше, чем при отсутствии отклонения. Наоборот, если луч света, исходящий из Ei, пройдет через точку пламени, вызывающую отклонение вниз, то над экраном Е2 свет либо совсем не пройдет, либо пройдет ослабленным. Следовательно, если теперь при помощи линзы L2 отобразить объект О на матовый экран или на фотографическую пластинку F, то в полученном изображении мес-

Topler А., Beobachtungen nach einer neuen optischen Methode. Bonn 1864 (переиздано в Ostwalds Klassiker, т. 157).

MaginL. Диссертация, Gottingen, напечатана в Forschungsheft 62 des Vereins Deutsch. Ing. 1908.

та объекта, вызвавшие отклонение лучей вверх, будут выглядеть светлыми, а места объекта, вызвавшие отклонение лучей вниз, наоборот, будут выглядеть темными. Если пламя свечи заменить неоднородным потоком газа, то получится совершенно такая же картина. Отклонение лучей света в неоднородной массе воздуха пропорционально составляющей градиента плотности в направлении, перпендикулярном к ребру экрана. Следовательно, те места потока, в которых плотность уменьшена, выходят на снимке либо светлыми, либо темными (в зависимости от направления потока), те же места, где плотность увеличена, либо темными, либо светлыми.

На рис. 223 показана фотография невозмущенного потока сжатого воздуха, входящего в сопло при давлении около 7 ата и расширяющегося до давления в 1 ата. В области сверхзвуковой скорости отчетливо видны в виде тонких полос перекрещивающиеся установившиеся звуковые волны. Эти волны получились особенно четкими и частыми потому, что стенки сопла были намеренно сделаны шероховатыми при помощи напильника. Измерение угла, под которым пересекаются волны, позволило определить отношение - в разных точках сопла. Значения скорости W, вычисленные по теоретическим формулам, оказались хорошо совпадающими с измеренными значениями. На рис. 224 изображена фотография потока, в котором звуковая скорость не достигается (р2 > Рв), в этом потоке плотность уменьшается вплоть до самого узкого поперечного сечения, а затем начинает увеличиваться. Установившиеся звуковые волны не возникают ни в одном месте сопла. На рис. 225 показана фотография скачка уплотнения {р2 < Рв)- Отчетливо видны первые установившиеся звуковые волны перед скачком уплотнения; после же скачка уплотнения все поле потока затемнено - скорость течения здесь везде меньше скорости звука. На рис. 226 показана фотография скачка уплотнения при еще меньшем противодавлении. В этом случае происходит отрыв струи от стенок сопла и образуются перекрещивающиеся косые скачки уплотнения, позади которых распространяются звуковые волны. Каждая отдельная волна давления на рис. 226 идентична с соответствующей волной на рис. 223, что опять подтверждает сказанное в §3: как только в потоке устанавливается звуковая скорость, всякого рода возмущения давления не передаются вверх по течению.

Сходство течения газа через сопло с течением воды через плотину (§ 16