Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1960, H. 12 - Aerodynamiska problem på gränsen till världsrymden, av Sune Berndt
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
ligtvis den att den viskösa skjuvspänningen
mellan på varandra glidande gasskikt beror
på rörelsemängdstransporten mellan skikten
förorsakad av utbyte av gasmolekyler. Ju
större fri medelvägslängd desto större
skjuvspänning, dvs. viskositet. Man kan således
bilda sig en uppfattning 0111 X genom att mäta
enbart makroskopiska storheter. Vid marken
är den fria medelväglängden ca 6 • 10"° cm.
Atmosfären
Låt oss nu se hur atmosfären på hög höjd tar
sig ut. Trycket avtar snabbt och nära nog
exponentiellt med höjden; fig. 1.
Temperaturvariationerna är väsentligt mindre, varför
tätheten i stort sett även den avtar exponentiellt.
I formeln för X dominerar täthetsvariationen,
varför l ökar exponentiellt, fig. 1. Under 100
km höjd är X mindre än 0,1 m, över 150 km
höjd är X större än 30 m. Nu störtar satelliter
av vanlig typ från ca 150 km höjd. Vid
beräkning av en satellits luftmotstånd har vi
således att utgå ifrån att luftmolekylernas fria
medelväglängd är större än satelliten. Man får
emellertid inte tro att luften där uppe är så
tunn att medelavståndet mellan molekylerna är
stort jämfört med satelliten. Vid 150 km höjd
finns fortfarande 101" molekyler per cnr (101J
vid marken).
Temperaturmaximet vid 50 km höjd beror på
fotosyntes av ozon i samband med absorbtion
av ultraviolett strålning. Temperaturstegringen
över 80 km höjd i samband med dissociation
av syre beror likaledes på absorption av
ultraviolett strålning Denna dissociation är i stort
sett fullständig på höjder över 150 km. På
högre höjder dissocieras även kvävet, men i
vilken utsträckning är inte helt klarlagt.
Redan på höjden 80 km är luften tillräckligt
mycket joniserad för att det skall påverka
utbredningen av elektromagnetiska vågor, och med
ökande höjd ökar i stort sett jonisationen för
att så småningom bli märkbar även
termodynamiskt. Det förtjänar framhållas att den i
atmosfären förekommande dissociationen och
jonisationen främst upprätthålles genom
solstrålningen, framför allt den ultravioletta;
molekylkollisionernas bidrag är väsentligt mindre
även om temperaturen så småningom stiger
upp emot 2 000° K på mycket höga höjder.
Figur 1 sträcker sig så högt som man har
någorlunda säkra uppgifter om atmosfären;
den ger i bästa fall representativa medelvärden
över variationerna med årstid, dygnstid,
solaktivitet, breddgrad m.m. För förhållandena
på högre höjder har man mycket bristfälliga
data.
Fri molekylströmning
Vi kommer då till huvudsaken —
luftmotståndet. Nu och i fortsättningen betraktar vi
mole-kylströmningen från ett i satelliten fast
koordinatsystem. Luftmotståndet är medelvärdet av
alla de krafter som uppstår när luftmolekyler-
na kolliderar med satellitytan. Detta gäller
alltid; vad som speciellt utmärker fallet med stor
fri medelväglängd är att de infallande
molekylerna är ostörda av de reflekterade. Då en
infallande och en reflekterad molekyl kolliderar
sker det i det övervägande antalet fall så långt
bort att de därefter aldrig träffar kroppen
igen. Detta kallas fri molekylströmning.
Två slutsatser ger sig själva. För det första
är det inte atmosfärens fria medelväglängd som
är avgörande för om det blir fri
molekylströmning, utan de reflekterade molekylernas fria
medelväglängd Xw sedd från kroppen; Xw beror
bl.a. på de reflekterade molekylernas hastighet
cw i förhållande till de infallandes, i själva
verket råder approximativt proportionalitet. För
fri molekylströmning kräves således
Knw = XJR ^ Kn ■ iJV > 1.
För det andra måste vi känna till
rörelse-mängdsutbytet vid kollisionerna mot ytan för
att kunna beräkna motståndet i fri
molekyl-strömning.
Molekylkollisioner med ytan
Kollisionsprocessen vid ytan är naturligtvis
mycket komplicerad, i själva verket så
komplicerad att man inte kan analysera den ens i de
enklaste fall. Den beror av sådana
förhållanden som molekylens art, tillstånd och
hastighet, ytans beskaffenhet, temperatur ocli
elektriska potential osv. Situationen förenklas
något genom att man kan nöja sig med
medelvärden över många kollisioner.
För att bestämma sådana finns en klassisk
experimentell teknik. Man utsätter ett
ytelement i vakuum för en molekylstråle, fig. 2.
Strålen kommer in i en bestämd riktning i
förhållande till ytnormalen, varvid de
reflekterade molekylernas antal i olika riktningar 6
kan bestämmas med en vridbar detektor.
Sådana experiment visar att man i många fall
kommer mycket nära sanningen, om man
antar att de infallande molekylerna absorberas i
ytan och sedan utsändes på nytt med i
medeltal den hastighet som svarar mot ytans
temperatur och med en slumpartad riktning
oberoende av infallsriktningen — detta kallas
diffus reflexion. Endast vid flacka infallsvinklar
mot extremt släta ytor inträffar något som
liknar spegelreflexion. I vissa fall tror man
sig vidare ha konstaterat att ett absorberat
gaslager på ytan kan öka graden av
spegelreflexion.
/ TEKNISK TIDSKRIFT 1 960 H. 12 300
Fig. 2. Studium
av ytreflektion
med
molekyl-stråte.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
