假如一个风扇的叶尖速度超过音速它的流场会呈现哪些特点？

这么有意思的问题竟然没有一个系统的解释，看来有必要来占个坑。当风扇叶尖速度跨越声速时，即当地马赫数大于1。从物理的角度来说，此时会形成激波。激波是运动气体中的强压缩波。当物体以超音速运动时，扰动来不及传到物体的前面去，结果前面的气体受到运动物体突跃式的压缩，形成集中的强扰动，这时出现一个压缩过程的界面，称为激波。关于激波的理论事实上是很复杂的，这里就不多赘述了，感兴趣的小伙伴儿可以自查一些专业书籍。Anyway总之吧，经过激波，气体的压强、密度、温度都会突然升高，流速则突然下降。压强的跃升产生可以听到的爆响。如飞机在较低的空域中作超音速飞行时，地面上的人可以听见这种响声，即所谓音爆理想气体的激波没有厚度，是数学意义的不连续面。实际气体有粘性和传热性，这种物理性质使激波成为连续式的，不过其过程仍十分急骤。因此，实际激波是有厚度的，但数值十分微小，只有气体分子自由程的某个倍数，波前的相对超音速马赫数越大，厚度值越小。在激波内部有气体与气体之间的摩擦存在，使一部分机械能转变为热能。所以激波的出现意味着机械能的损失和波阻力的产生。因此在设计飞行器时，一般应避免激波的出现或减弱激波强度。激波就其形状来分有正激波、斜激波、离体激波、圆锥激波等。同样对于旋转机械类的部件，比如航空发动机的压气机，类似于问题中所提到的风扇叶尖速度超过声速会发生什么。通常在其进口会有出现马赫数大于1的情况，比如跨音速或者超音速的压气机。

激波就其形状来分有正激波、斜激波。在超声速来流中，尖头体头部通常形成附体激波，在钝头体前部常形成脱体激波。

　　图3 激波 正激波的波阵面与来流垂直。超音速气流经正激波后，速度突跃式地变为亚音速，经过激波的流速指向不变。弓形激波的中间一段可近似为正激波。此外，在超音速的管道流动中也可以出现正激波（图4）。

图4 正激波 斜激波的波阵面与来流不垂直（图5）。弓形激波除中间一小段是正激波外,其余部分都是斜激波,与正激波相比，气流经过斜激波时变化较小，或者说斜激波比正激波为弱。此外，气流经过斜激波时指向必然突然折转。因而有两个角度，一个是波阵面与来流指向之间的夹角，或称激波斜角β,另一个是波后气流折离原指向的折转角δ。β角越大,激波越强。β角小到等于马赫角时，激波就减弱到变成微弱扰动波或马赫波了。

图5 斜激波

超音速飞机的翼剖面一般采用尖的前后缘,如图b，这时头部出现斜激波。斜激波后的压强升高量比正激波为小,机翼受到的波阻力小。后缘处也有激波,那是因为上下翼面流来的气流要在后缘处汇合，两方面来的气流都折转指向才能汇合成一个共同的指向，斜激波正是超音速气流折转指向的一种形式。 激波依附于物体表面的称附体激波（图3b,c），不依附于物体表面的称离体激波（图3a），圆锥形物体在超音速运动中产生的附体激波又称锥形激波（图3c）。将一个尖楔置于超声速气流中，当楔面相对于气流的倾斜角小于上述最大值时，就会产生附着在楔尖上的斜激波。若楔角超过此最大值，则会产生立在物体前面的弓形激波，这种激波通常称为离体激波；半顶角小，飞行马赫数大，则产生附体激波。那种不依附于物体的激波称为离体激波。图3b 是附体激波。翼型的半顶角确定之后,飞行马赫数M1要大到一定的值之后才有附体激波存在。飞行马赫数未达此值以前只存在离体激波。而像图3a那样的钝头物体,则不论M1多大都只存在离体激波,只是随M1上升，离体激波至物体的距离有所缩小而已。离体激波中间很大一部分十分接近于正激波，波后压强升得很高，物体的波阻很大。这正是航天器重返大气层时所需要的。航天器在外层空间绕地球转动时速度很高，具有巨大的动能。重返大气层时要把速度降下来，使动能迅速变为热能并迅速耗散掉。离体激波比附体激波能消耗更多的动能，钝头又正好覆盖烧蚀层，任其烧蚀以耗散热能（见烧蚀防热）。

一个圆锥放在超音速气流里（迎角为零）,如M1足够大时便产生一个附体的圆锥形的激波面(图3c )。气流通过圆锥激波的变化与平面斜激波是一样的。所不同的是气流经过圆锥激波的突变之后还要继续改变指向，速度继续减小，最后才渐近地趋于与物面的斜角一致。也就是说，气流在激波上指向折转不够，所以当半顶角相同时，圆锥所产生的圆锥激波较之二维翼型的激波为弱。

、按外形布局类

种类式飞机按机翼、尾翼、起落架划三类机翼类按机翼数量单翼机、双翼机三翼机单翼机细单翼机、单翼机单翼机由于双翼机三翼机航空发展初期见目前除少数农用体育用飞机采用双翼外各种飞机几乎都单翼机所介绍机翼类飞机仅指单翼机

按机翼平面形状飞机平直翼飞机、梯形翼飞机、掠翼飞机、三角翼飞机、变掠翼飞机、前掠翼飞机、飞翼式飞机平直翼飞机左右两机翼前缘平齐像整体种飞机利于高速飞行目前轻型农用飞机通用飞机采用种布局梯形翼飞机机翼呈梯形机翼较短目前采用掠翼飞机机翼前缘都向倾斜种布局利于高速飞行能推迟激波并减少激波阻力目前战斗机、轰炸机型民航机几乎都采用掠翼或变种三角翼飞机机翼呈三角形掠翼变种利于高速飞行变掠翼飞机机翼前偏转改变机翼掠角翼展种布局形式能够兼顾高速性能低速起降性能前掠翼飞机机翼向前倾斜与掠翼飞机刚相反种飞机易失速、机性能等优点稳定性问题突易受应力作用破坏目前处试验阶段飞翼式飞机机翼与机身合二整飞机像巨机翼种飞机目前已始投入使用

按尾翼布局形式飞机尾翼飞机鸭式飞机鸭式飞机尾翼机翼前面种形式利于提高机性用于机性要求高战斗机尾翼飞机按垂直尾翼数量单立尾飞机、双立尾飞机、V形尾飞机、三立尾飞机尾飞机般飞机都单立尾F-18、F-117飞机采用V字形尾翼布局目于提高飞机隐身性能幻影Ⅲ、幻影2000及飞翼式飞机都尾飞机

根据起落架滑行式同飞机轮式起落架飞机、滑橇式起落架飞机浮筒式飞机轮式起落架飞机陆起飞着陆滑橇式起落架飞机水或冰雪起飞着陆浮筒式起落架飞机水起飞着陆

根据起落性能飞机普通滑跑起落飞机垂直短距起落飞机垂直短距起落飞机根据起飞推进式同推力换向式、升力推力式、涵道风扇式、姿态变换式等几种英鹞式飞机推力换向式起飞发机喷口朝升空喷口转向朝提供前进力

二、按发机类

按发机类型塞式发机飞机、涡轮喷气发机飞机、涡轮螺旋桨发机飞机、涡轮风扇发机飞机、冲压发机飞机火箭发机飞机按飞机推进式述飞机螺旋桨式飞机喷气式飞机塞式发机飞机、涡轮螺旋桨式飞机属于螺旋桨式飞机其依靠喷气产推进力飞机都属于喷气式飞机

按发机安装位置机身内式发机飞机、翼内式发机飞机、翼式发机飞机、翼式发机飞机、翼吊式发机飞机尾吊式发机飞机按发机数量单发机飞机、双发机飞机发机飞机

按性能飞行速度航程飞机亚音速飞机超音速飞机两类亚音速飞机低速飞机、亚音速飞机高亚音速飞机三种目前数现役战斗机都超音速飞机按飞行航程近程飞机、程飞机远程飞机目前些型军用民用运输机、战略轰炸机都远程飞机

三、按用途类

飞机按用途民用飞机军用飞机两类军用飞机具军事用途或军事目服务各类飞机民用飞机服务于民经济科研究各类飞机

军用飞机主要:战斗机（称歼击机）、轰炸机、攻击机（称强击机）、战斗轰炸机、反潜机、侦察机、电战飞机（称电抗飞机）、预警飞机、军用运输机、空加油机、巡逻机、舰载机、靶机等

民用飞机指所用于非军用目飞机包括旅客机、货机、农用飞机、体育运机、航探航测机及研究试验机等

所谓乘波体 (Waverider)，是指一种外形是流线形， 其所有的前缘都具有附体激波的超音速或高超音速的飞行器。通俗的讲，乘波体飞行时其前缘平面与激波的上表面重合，就象骑在激波的波面上，依靠激波的压力产生升力，所以叫乘波体(Waverider)。如果把大气层边缘看作水面，乘波体飞行时就像是在水面上打水漂。乘波体飞行器不用机翼产生升力，而是靠压缩升力和激波升力飞行，像水面由快艇拖带的滑水板一样产生压缩升力。超音速飞行形成的激波不仅是阻力的源泉，也是飞行器“踩”在激波的锋面背后“冲浪”的载体。

乘波体的概念是在1959年由诺威勒（Nonweiler）提出的，诺威勒首先提出根据已知流场构造三维高超声速飞行器的想法，用平面斜激波形成流场构造出一种具有“Λ”型横截面的高超声速飞行器。美国马里兰大学Rasmussen等人发表了中锥形流动生成乘波体的论文。值得一提的是，与Nonweiler的二维“Λ”型设计相比，由圆锥流场生成的乘波体容积率大得多，且具有较高的升阻比。1989年，由NASA赞助，在马里兰大学举行了乘波体国际会议，会上Sobieczky等人提出了用相切锥生成乘波体的方法。其特点是通过使用多个锥体来设计激波模式，这使得人们可以根据飞行器的需要来设计复杂构型，从而使乘波体飞行器具有向实用性发展的可能。