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1、富津鸿儒迅猛的“空气墙”8月,雄塘江口潮水奔腾,亘浪滚滚,好似一道劈头压来的“水墙”。空气也有类似的情 况。炸药爆炸,瞬简化为一团气体,以极大的压力 向四周膨服开来,迅猛异常,以致附近的空气分子 来不及退避,被 挤成一道 压腑空气“墙”。这道无形的墙,以超声速向四外推进,就是我们要讲的激 波。不仅炸药爆 炸能够形成激波,一切快速飞 行的物体,象炮弹、火箭、超声速 飞机等,都能够压精前面的一层空气,造成激波。雷电和人工放 电也能造成激波。在这道“墙”的前椽厚度小于千分之一毫米的薄层内,气体的温度和压力迅速增加;在“墙”的内部温度和气压趋于稳定,在某些条件下,温度可以达到上万度,压力可以达到上千个
2、大气压;“墙”的后边压力和温度逐渐下 降,恢复到在这道墙没有到 达以前的状态。因此,激波 好比一道飞敏着的火“墙” ,在很短时简内使前进道路上所遇到的东西升压和升温。实嗽室 中的激波激 波早就可以 用人 工的方法 (例如放 电)在 实骇室里制造出来了。大概到上一个世耙末,就出现了激波管。这是一个长长的管子,两端是封阴住的。管子中简有一道薄膜把长管分为两部分。薄膜的一边充满高压气体,称为高压室;薄膜的另一边充满低压气体,称为低压室。当薄膜突然破裂之后,高压 气体立即以高速向低压气体冲过去,因而低压室那部分气体突然受到压掀而升温,并且流动起来。这 种产生人造激波的管子,哄做激波管(图1)。激波管的
3、截面可以 是圆的、方的,甚至其他任意的形状。打破薄膜的方法,可以用金属棍捅开,也可以用电流烧化,只要能一瞬简全部打开,使高压气体惕通无阻地流 向低压室就行。高压气体可以用氢气、氦气,或者能爆炸的气体。低压气 体就是我 们所要使它遭受激波作用的那种气体,它的压力应蔽大大低于高压气体压力。由高压气体所产生的激波在 向低压气体前进的时候,高压气体在不断地膨服。膨服以波的形式从薄 膜附近开始,沿着 与激波相反的方向传播。当激波和膨服波分别到达管子的两端时,被封阴的管底反 射回来。被反射的激波使低压气体 再翘受一次压精,被反射的膨服波使高压气体再产生一次膨服。这种反射波可以在激波管内来回反射好多次。因此
4、管内的气体一会儿因压掀而加热,一会儿因膨服而降温,情况十分复杂。为了消除这些反射波,在 高压室的一端再接 上一个大道诬的真空减压室作为 捕捉这些反射波的陷阱。减 压室和高压室之简有第二道薄膜隔开,它在第一道薄膜髓开之后、膨 服波将要到达时再破裂,膨服波和反射回来的激波进入这个“死胡同”之后就基本上消失 了。当第二道薄膜打开后,也同样要产生两个方向相反的波,一个是 从第二道薄膜到减压室的激波,它消失在减压室之中;另一个是从 第二道薄膜到高压室方向的膨服波,这个波相当强大,它一道前进,樱 过被 激波加热了的低压气体时,就会产生快速冷却的作用,把低压气 体来一次冷却。在上述过程中,低压气体共握 受了
5、两次加热,并且又冷却下 来。这些加热和冷却的作用都以极快的速度进行。气体处于高温 高压状态的时简很短。方兴未艾在激波管涎生之初,没有得到什么实际应用。后来,技术逐渐完善起来,才使激波管真正成为近代科学研究中的一项新工具。最早,激波管是用来校骇快速反应 压力豁的性能的,校骇它能否 测量激波管所产生的一个突然升高的压力波。这类激波管的构造比校38(总128)筒单,也是一个圆管子,中固有金属或塑料的薄膜,被校脆的测压仪 器装在低压室一头。风洞是研究航空飞行尚题所必不可少的拭输毅备。在风洞中要人为地产生气流,来模拟飞机等飞行 器在空中飞行所遇到的气流。把飞行器放在风桐的气流 中,测量它的受力和受热情况
6、,借以推断飞行器上天后是否受得了它上面的力和温度升高。一般低速风侗是用风扇来鼓风产生气流的。高速风洞l l l J用压气机将空气增压,然后 通过喳管膨服而获得高速流。气体在膨服过程中温度逐渐下降,膨服加速后 的速度越高,l l l J气体温度越低。当速度达到四五倍声速的时候,温度甚至降低到空气的凝桔点以下,而 使空气液化。如果要获得更高的速度,8 l J必须将空气加热。当速度超 过十倍声速的时候,加热温度要高于摄氏一千度。这种 风洞 投备鹿大,压气和加热的需要的功率也很大。激波管能够将空气加热到四五 千度以上,压力很 高。这种高温高压气体在膨 服中能形成高速气流。利用激波管 加热空气作为气源的
7、激波管风洞,能产生速度达到二十几 倍声速的气流。它是研究火箭、导弹等高速飞行器的有用的投备。激波管风洞构造筒单,运搏费用省,只是工作时简极短(千分之几秒),图2甲烷在激波管中的热解过程,上 图产生激波之前;中激波产生之初,甲烷开始升压升温; 下甲烷开始热解:甲烷(CH4 )叶乙烷(CZH目一乙烯(C:H4 )叶 乙炔(CZHZ)。*碳(C:)和氢(HZ) 瓢豁魏箕番 瓣娜蜘墨四 鳃麟瓢名箕杏膨腺波是矍轰乙烷(q氏)厄 办.。 乙烯(qH一)乙块(C:H:)碳(C:)因此测量比较复杂。还有一种 电磁激波管。它是利用在稀薄气体 中放 电所形成的激波将气体加热到 电离的程度,同时再用磁爆将此电离气体
8、钓束起来,并进一步提高温度(因为体积精小,气 温升高)。这 种 激波 管已能产生近千万度的高温。静 多科学家正 利用它来研究可 控热 核反应简题。由于激波管能在极短时简内产生极高的温度,在这种高温下,气体的分子会离解成带正电荷或负 电荷的离子,这样,激波管就成为研究离子化过程的有力工具。在化学工业中,乙炔(CZ场)是重要的原料,制造电影胶片、人造做推都需要它。本来,乙炔是用碳化钙和水作用而得到的,这个方 法成本贵;现在,已可以从最廉价的天然气中得到它。天然气中合 有大量的甲烷(CH4),在很高的温度下,甲烷能热解成碳和氢,但是在变为碳和氢之前,它先有一部分 变成乙炔。如果能抬 甲烷突然加热到1
9、500 0C以上,并立即冷却下来,那末,由甲烷热解所得的乙炔就来不及再分解为碳和氢,这样我们就能把甲烷热解 过程中的过渡产品乙炔“冻拮”出来。这个突然加 热并冷 却的方法是可以用激 波管 来实现的(图2)。激波管是现代研究各种快速过程的重要工具。目前世界各国都在进行激波管的研究工作。激波管正在方兴未艾,它将越来越多地应用 用到建毅的各个方面。(上接21夏)生产比较精密的、可供多方面应用的全能麻醉机(晃 封底图)。这种机器适用于吸入麻醉,医师既可用它来拾成年人或儿童进行全身麻醉,同时还可根据病人情况和 手 术 需要,供应氧气和帮助病人呼吸,全能麻醉机中最突出的部分是 自动的正鱼压 呼吸器,这种正鱼压呼吸器利用麻醉机上所带的氧气作为动力,产生正压和负压,正压时压力大于大气压,可将氧气送入病人肺膝,负压时压力小于大气压,又可帮助病人呼气。因此,进行胸腔内手术时,它对于保持循环及呼吸功能有很大好处。利用全能麻醉机,麻醉 医师能更好地进行麻醉操作,保持手术过程中病人情况的稳定。(总129)39
