激波

　　又稱衝擊波。在流體（液體、氣體）和固體中以高於聲速傳播的並且起壓縮作用的波。這裏主要說明流體中尤其是氣體中的激波。受到壓縮的流體同沒有受到壓縮的流體之間有一個很薄的波陣面把它們隔開，從波陣面前到波陣面後壓力有突躍。熱力學狀態函數熵有增量。波陣面後的壓力p₂同波陣面前的壓力p₁的比值<p₂/p₁定量地表示激波的強弱。最弱的激波就是聲波，它的傳播速度是聲速，這時p₂/p₁接近於1。氣體的密度容易改變，氣體中p₂/p₁超過1.05就屬於激波，強激波的p₂/p₁值可達十幾（如瓦斯爆轟），更強的激波p₂/p₁值可達幾十直至幾十萬以上（如炸藥或核彈爆炸）。在空氣中飛行的物體當氣體速度超過聲速時，在物體的周圍就會產生激波(圖1）。水的密度不容易改變，所以它的p₂/p₁值超過 500～1000以上時才屬於激波。在固體中p₂/p₁值更高時才屬於激波。在流體中，激波強度越大，它的傳播速度和聲速的比就越高。傳播的規律和波陣面後介質的運動狀況也越不同於聲波。激波的衰減、反射、繞射等規律，兩個激波相碰撞或互相追趕等現象也不同於聲波。

高超聲速飛行的圓錐體周圍的激波

　　通過激波陣面的壓力突然從p₁上升到p₂是一個熱力學的不可逆過程，伴隨有熵的增加。在氣體中，如果p₂/p₁值不太大，熵的增加同

的三次方成正比。聲波的 很小，因此，可看作沒有熵增加的可逆過程。氣體激波陣面帶著一陣風，就是說造成瞭陣面後的氣體相對於陣面前的氣體有高速流。當空氣中的 p ₂/ p ₁值達到5.28時，激波陣面後的氣流相對於它前面的氣流的速度可達 倍的波前聲速； p ₂/ p ₁值達到21.4時，激波陣面後的氣流相對於它前面的氣流的速度約達 3.4倍的波前聲速；激波陣面後的氣流的熱力學溫度 T是它前面的 4.53倍。

　　激波陣面很薄，在氣體中它的厚度隻有分子自由程的量級，在離地面10千米以下較稠密的大氣中，它比最薄的紙張還要薄。對激波應用質量、動量、能量等守恒律時，流體力學中把波陣面看作是沒有厚度的幾何面，在這個面的兩側熱力學量（壓力 p、密度ρ、聲速с）和流速 u的數值都不相同（不連續）。就是說它是一種間斷面。對於滿足p＝ρRT的完全氣體，如果比熱容比γ是常數，也不考慮在超過1200℃的高溫時一氧化氮的形成以及其他分離和電離等現象，那麼，p、ρ、u 等值在激波前、後的量之間可用簡單的定量關系式。激波陣面的運動速度用D表示（圖2），緊貼在波陣面兩側的量：激波陣面前用 p₁、ρ₁、U₁、с₁表示；激波陣面後用 p₂、ρ₂、U₂、с₂表示。激波相對於激波陣面前氣體的傳播速度是D－u₁（值總大於с₁）。通常稱

為激波馬赫數，它總是大於1，並且也是激波強度的標志。按質量、動量、能量三個守恒律和熵增加的原理可導出公式：

(1) (2) (3)

當Ma_s→1時正是聲波的情形。Ma_s＝2.16時u₂－u₁＝

正是前面所舉的例子。當 Ma _s ＞4.5後，空氣的溫度超過6000℃時電離顯著。離散和電離會使狀態方程偏離完全氣體的情形，式(1)～(3)的定量結果就不夠準確瞭，但定性趨勢還是對的。在實際的近似估算中，常用等效 γ＜的近似做法，即 Ma _s高時仍用完全氣體公式，但取 γ＜1.4，例如，1.3、1.2，在很高溫度時取γ＝1.1。

　　當激波陣面面積足夠大時，

=1.06就足以打碎窗玻璃；在 =0.4～0.6時，就足以使動物的肺和肝受到致命的傷害，也足以推倒磚木結構的房屋。