震波

衝擊波，震波

shock wave

詳義

震波的主要特點表現為介質特性（如壓力、温度、或速度）在震波前後發生了一個像正的階梯函數般的突然變化。與此相應的負的階躍則為膨脹波。聲學震波其速度一般高於通常波速（在空氣中即音速）。

不像孤波（另一種形式的非線性波），震波隨距離的增加耗散很快。而且，膨脹波總是伴隨着震波，並最終與震波合併。這部分抵消了震波的影響。聲爆，一種超音速飛機通過時產生的聲學現象，即是由震波－－膨脹波對的耗散和湮滅所產生的。

震波是氣體超音速流動時產生的壓縮現象之一。其他兩種形式是等熵流動和普朗特－－麥耶流動。對於給定的壓強比，不同的壓縮方式將產生不同的温度和密度，其結果對於不發生化學反應的氣體是可以解析計算的。震波會導致總壓的損失。這意味着在某些情形下（例如超音速衝壓噴射裝置的進氣口），震波是無效率的。超音速飛機的壓阻就主要是由於震波導致的。

當物體（或擾動）的運動比其周圍的流體傳播擾動信息的速度還要快時，靠近擾動的流體在擾動到來之前就不能及時作出反應或者“讓路”。在震波中，流體的各種性質（密度、温度、壓力、速度、馬赫數）總是瞬時變化的。震波的厚度在數量級上同該氣體的分子自由程相當。當氣體運動速度大於其聲速時，震波就形成了。在流動的某些區域，氣體的擾動不能再向上游傳播，壓力快速積聚起來，高壓震波就迅速形成了。

震波不同於通常的聲波。在大約為幾個分子自由程的厚度（大氣中大概為幾微米）內，在震波前後氣體的性質會發生劇烈變化。在空氣中，震波發出很大的爆裂聲或者噼啪的噪音。隨着距離增加，震波逐漸從非線性波變為線性波，退化成通常的聲波。這是由於震波中的空氣逐漸喪失能量所致。這種聲波跟通常的雷聲，即“音爆”聽起來很像，一般是由超音速飛機制造的。

震波也可由普通波鋭化而形成。最著名的例子就是深海微波逼近陸地時形成的海嘯了。在淺水區，表面波的速度依賴於水深。對於迎面而來的海浪，由於浪高和水深相比要小的多，所以波峯速度要略大於波谷的速度。就這樣波峯趕上了波谷，直至形成一面巨大的水牆，然後轟然倒塌，形成海嘯，以聲音和熱的的方式將其中的能量釋放出來。

同樣的現象出現在氣體和電漿中的強聲波，這是由於音速依賴於温度和壓力。這種現象在地球大氣層很難見到，但存在於太陽的色球和日冕中。

震波也可以描述為能夠“感知”下游物體運動的上游最遠點。在這種描述中，震波的位置定義為擾動可感區和擾動盲區的邊界。這可以和廣義相對論中的光錐相類比。

要得到震波，必須得有快於聲速的運動。由於放大效應，震波是非常強烈的，特別像你所聽説過的爆炸（這不意外，應該爆炸產生震波）。

類比現象已超出流體力學的範疇。例如，當介質中的物體運動速度大於該介質中光速時（此時其速度仍小於真空中光速），折射就會產生可見的震波現象，即切倫科夫輻射。

震波有如下幾種類型：

4.1 在定常流中傳播的震波

這種震波通常產生於具有壓差的氣體界面。此時，震波傳入低壓氣體，膨脹波傳入高壓氣體。

例子：氣球爆炸，震波管，爆炸震波等。

在這種情況下，震波前氣體一般是靜止的，而震波後的氣體則以超音速運動。震波通常屬於來流。震波的速度取決於兩種氣體的壓力比。

4.2 管道流動中的震波

當管道中的超音速流減速時產生這種震波。

例子：超音速噴氣引擎，超音速衝壓噴射裝置，針形閥等。

此種情形下，波前氣體為超音速，而波後氣體或者是超音速（斜震波）或者是亞音速（正震波）。該種震波或者產生於氣體在收斂的管道中減速時，或者由於平直管道中附面層的增長而致。

跨音速物體產生的再壓縮震波

當跨音速流動減速為亞音速時產生這種震波。

例子： 跨音速機翼，管道。

原理省略。

4.3 超音速物體的附體震波

這種震波以“附着”的形式出現在超音速運動的尖鋭物體的頂端。

例子：超音速運動的楔形物體或錐形物體

原理略。

4.4超音速物體的脱體震波

當超音速運動的物體頂端很鈍時出現這種震波。

例子：太空返回艙（阿波羅飛船，太空梭），子彈，磁氣圈附面層

原理略

4.5 爆炸波