Версия одна. А вот понимания будем добиваться и 43-ий, и 50-ый раз.
Сразу замечу: никакого тома Ландавшица мы пересчитывать не будем. Типа мужики до земных вопросов не сильно опускались.
Ну и, честно говоря, не в восторге я от этого курса. Еще точнее - брезгую им.
>А в 31-й версии вы доказывали, что из за большого количества столкновений облако мгновенно перемешивается с окружающим воздухом, который не может двигаться быстрее скорости звука и потому его скорость лимитируется конусом Маха. 31-ю вы уже признали несостоятельной? Конус Маха больше не рассматриваем?
Вы здесь опять недопоняли.
Я к Вам не в претензии. Реально здесь нам в вузах по программе физики давали очень мало. Попробую подробнее.
1) Вылетает порция газов из РДТТ. Давление много больше давления окружающей среды. Взрыв. Газы движутся сквозь атмосферу, делясь с молекулами атмосферы энергией и импульсом. На фронте ударной волны(в дальнейшем УВ) в пределах от 1 до менее, чем 10 длин свободного пробега молекул воздуха ВСЕ молекулы атмосферного воздуха вовлечены в движение. И все - за счет энергии и импульса порции газа. Чем дальше в лес, тем больше дров. Масса вовлеченных в движение молекул воздуха нарастает с каждым пройденным метром. Энергия движения первоначальной порции распределена уже на гораздо большее количество частиц. Скорость фронта снижается.
В сферически симметричном случае по закону v ~ t^(-3/5).
Что происходит с воздухом, который прошел через фронт распространения УВ? Он первоначально приобретает скорость фронта, во фронте молекулы захваченного воздуха уплотняются. Для воздуха при не слишком больших скоростях УВ предельная степень уплотнения что-то около 6. Все. Далее уплотнять воздух невозможно. И часть захваченного воздуха и первобытных газов - отстает. Медленно отстает. Составляя т.н. "спутный поток", преследующий головной скачок уплотнения - фронт УВ. Чем дальше молекулы отстают от фронта, тем меньше их скорость и плотность. В случае сферической симметрии уже на расстоянии ~0.9 радиуса фронта УВ плотность снижается до плотности невозмущенной атмосферы.
Если не помогать фронту УВ энергией, то он достаточно быстро теряет скорость.
Какая может быть помощь? Простейший для понимания случай светодетонационной волны. Навстречу лазерному излучению движется УВ. В УВ более высокая температура, чем в невозмущенном газе, более высокая плотность, чем в газе отстающем. И соответственно выше коэф. погложения излучения лазера. При больших плотностях газа(~6-10 атмосферных) или при длинной волне излучения плазма фронта УВ вообще перестает пропускать через себя излучение, поглощая или отражая его полностью.
А если лазера нет? Источником дополнительной энергии могут быь химические реакции на фронте(типа соединения водорода с кислородом или хлором). И существует решениеЮ при котором вся израсходованная фронтом УВ энергия на разгон втречающегося по пути воздуха - просто восполняется притоком свежей энергии во фронт за счет лазерного излучения или энергии инициированных фронтом химических реакций.
А если и химических реакций нет?
Есть еще один источник подпитки фронта. если сзади генерятся новые порции горячих газов. Между источником и фронтом УВ пространство до 0.9 радиуса фронта - разреженное, горячее. Новому потоку уже не приходится встречать сопротивление не желающего заранее подвигаться воздуха. Скорость звука из-за роста температуры существенно возросла. Можно двигаться много быстрее, чем фронт первичной УВ. Заодно и меньшее количество молекул вовлекать в движение - вдали от фронта первичной УВ газ становится разреженным. Ну и сам атмосферный газ не стоит, а движется, слегка отставая от УВ.
Новая порция горячих и быстрых газов догоняет УВ и подпитывает ее энергией.
За счет этой подпитки фронту УВ и удается как нив чем не бывало разгонять все новые и новые молекулы встречающегося на пути воздуха до собственной скорости.
Если условия за фронтом первичной УВ достаточно благостные для распространения вторияной УВ, то новая порция газа не просто догоняет первичный фронт, а догоняет его на большей скорости и еще даже сжимает воздух во фронте первичной УВ. В этом случае температура и давление в месте встречи первичной и вторичной УВ резко(в разы) возрастает. И зона, в которой вторичная УВ догнала первичную УВ - сама становится ядром нового взрыва. Из данной зоны сжатый воздух распространяется через невозмущенный воздух быстрее, формируя "протуберанец" - "щупальце" облака взрыва.
2) В окрестностях ракеты ситуация складывается следующим образом. Вначале газы РДТТ быстро расширяются через область слегка наретого воздуха внутри имеющегося конуса Маха. Но вблизи фронта конуса давление повыше, а потому, газама РДТТ удобнее распространяться по разреженному воздуху, держась на некотором расстоянии от скачка уплотнения конуса Маха. И по этому удобному коридору достигать головы ракеты. Здесь УВ газов РДТТ, направленная уже не под наклоном(к скачку уплотнения конуса Маха), а под 90 градусов к небольшому по размерам прямому скачку уплотнения у головы ракеты - догоняет этот скачок, сжимает его - и устремляет вперед. Перед головой ракеты возникает "сахарная голова". Молекулы газов, движущиеся по разреженной, движущейся среде в области за конусом Маха имеют неоспоримые преимущества перед своими родственницами по происхождению из РДТТ, которым на каждом шагу попадаются неподвижные в среднем молекулы невозмущеной атмосферы.
Но только они обгоняют ракету - как моментально оказываются в невыгодном положении. Они теперь имеют дело с невозмущенным воздухом. Им теперь самим приходится пробивать себе дорогу в атмосфере. ракета им уже ничем не может помочь. Скорость "сахарной головы" определяется балансом потерь на разгон все новых и новых молекул невозмущенного воздуха и подпиткой фронта энергией нерперывно поступающих новых порций газа РДТТ, которые по еще лучше подготовленному пространству догоняют этот фронт.
Но... догонять-то догоняют. Однако зоны сжатого воздуха прямо за скачком уплотнения в конусе Маха - стороняться. Обходят - на ничтожном с точки зрения фотографирования расстоянии - в сантиметрах или даже миллиметрах от поверхности конуса. И, поскольку газы РДТТ содержат массу аэрозольных частиц, - они декорируют конус Маха ракеты. - Изнутри.
3) А что снаружи?
Наиболее удобное место, в котором УВ газов РДТТ с наибольшей силой наваливается на конус Маха - это район нормали к поверхности конуса, опущенной из сопла РДТТ. ну или около того. Здесь УВ газов сжимает воздух в скачке уплотнения конуса Маха - и с высокой скоростью прорывается на "стратегический простор". Прорвавшуюся порцию газа по подготовленой ею среде догоняют новые порции газов РДТТ. Снова уплотняют и разгоняют дальше. И опять конечное положение и скорость возникшего протуберанца на его фронте определяется балансом подходящей от РДТТ энергии свежих газов и потерями фронта на вовлечение в движение новых атмосферных молекул. Понятно, что поскольку уплотнение на фронте нелинейно возрастает со скоростью, то отличия между скоростью "сахарной головы" непосредственно перед ракетой и фронтами "протуберанцев" - ничтожны.
Если положение фронта устанавливается на уровне головы ракеты или чуть дальше вперед, то это означает, что баланс энергии новых порций газов РДТТ и потерь фронта установился так, что скорость фронта УВ практически не отличается от скорости ракеты.
4) А как с конусом Маха? В какие-то моменты мы его хорошо видим. Почему? - Потому что между протуберанцем и декорированным конусом Маха остается впадина. Она сохраняет в течение некоторого времени(1-3 кадра) свою конфигурацию. Т.е частички дыма, газы, ускоряя по пути воздух, движутся, не отставая от ракеты, но только балан притокапотерь энергии установился в другом положении. Через 1/3 секунды после срабатывания РДТТ впадина заплывает - она догоняет фронт облака. И теперь на фронте наблюдаемого и фотографируемого радиуса устанавливается приблизительный баланс поступления энергии новых порций газа, догоняющих фронт, и потерь энергии на разгон вовлекаемых в движение новых порций неподвижного воздуха. И это длится 2\3 секунды.
Когда приток новых порций подпитывающих фронт УВ энергией газов РДТТ ослабевает, фронт начинает стремительно тормозиться. Ракета начинает выползать из облака дымов. И сразу сталкиваться с атмосферой. Тут же формирируется новый конус Маха. А за его "броней" остаются медленно отстающие дымовые частицы, которые изнутри декорируют конус. А снаружи воздух и дымы остыли, остановились - и все дальше отстают от головы ракеты.
