고속기류(high-speed flow, 高速氣流)

축성을 무시할 수 없는 기체의 흐름.
저속 기류에서는 속도변화에 따르는 압력 변화가 작으므로 밀도 변화를 무시하여 비압축성유체로 볼 수 있다. 이에 반해 기체의 속도q가 그 속을 전파하는 음파의 속도c의 수분의 1정도를 초과하면 이런 근사(近似)는 허용되지 않는다. 고속기류는 마하수 M=q/c에 따르는 특징이 있다. M<1의 흐름을 아음속흐름, M>1의 것을 초음속흐름이라고 한다. 또 흐름 속에 소리보다 느린 영역과 빠른 영역이 공존할 때 이것을 전이음속흐름이라 하고, M이 5보다 큰 흐름을 극초음속흐름이라고 한다. 기초가 되는 방정식은 오일러의 운동방정식, 연속방정식, 상태방정식이다. 일반적으로 아음속흐름은 정성적으로는 비압축성유체의 흐름과 거의 같고, 초음속흐름은 전혀 다르다. 이것은 기초 방정식이 M<l에 대하여는 타원형이지만,M>1에 대하여는 쌍곡선형이 때문이다. 한결같은 흐름(그 속도 V∞) 속에 물체가 놓여져 있는 경우 흐름의 마하수 M∞를 점차로 높이면 흐름은 그림처럼 변화한다. M∞가 작은 동안은 흐름의 각 점의 국소 마하수는 1보다 작고, 흐름 모양은 비압축성 유체와 큰 차이가 없다. M∞가 어느 값 M•에 달하면 물체 표면의 어느 점에서 국소 마하수가 처음으로 1이 된다.
M•을 아래임계마하수(lower critical Mach number)라고 한다. M∞가 더욱 커지면 소리보다 빠른 영역은 점점 넓어지는데, 어느 마하수 Mc보다 위에서는 소리보다 빠른 영역의 하류 끝에 충격파가 나타나고 거기서 경계층이 물체에서 떨어져 나가므로 후류가 확대되어 물체에는 저항이 작용한다. Mc를 위임계마하수(upper critical Mach number)라고 한다. Mc부근에서 날개의 저항이 급증하고 떠올림힘이주는 현상을 압축성실속 또는 충격파실속이라고 한다. M∞ > 1에서는 물체의 전방에 충격파가 생기고 M∞의 증가에 따라 물체에 접근한다. 충격파면에 따라 물체에서 멀어져 가면 파면의 흐름에 대한 기울기는 직각에서 점차로 줄어서 α =arc sin(c/ V∞ )=arc sin M∞-1접근한다. α를 마하각이라고 한다. 앞끝이 뾰족한 물체에서는 M∞의 어느 값 이상에서 물체의 앞 끝에서 기울어진 충격파가 생긴다. 그 기울기는 일반적으로 마하각보다 크고 M∞와 함께 감소한다.


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