假如一個風扇的葉尖速度超過音速，它的流場會呈現哪些特點？

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最近在做一個風機的簡單simulation想到了這個問題, 很好奇在這樣的流場中如果葉片tip speed突破音障會有哪些有趣的效應出現呢？

葉輪機械我不是專家，只能隨便說幾句了。

跨音速肯定會有激波、阻力發散等現象。對於你的風扇來說，直觀來看就是很快轉速就降下來，然後激波打在其他葉片上可能發生結構破壞。

超音速壓氣機的確有人研究。

超音速壓氣機

超音速壓氣機葉柵試驗方法研究

自問自答。

大概查了一下直升機的旋翼葉尖速度是可以接近音速的，但是在設計中會盡量避免，因為音速附近阻力會有一個突躍。如果讓旋翼工作於這個狀態下，則發動機需要消耗比平時多得多的功率才能維持旋轉。

天亮後再繼續查查。

轉速怎麼超過音速？單位都不一樣啊。中間差了一個長度的量綱。你說的應該是轉子進口相對馬赫數超過音速，就是所謂的超音速壓氣機，一般而言民機單級風扇往往超音，相對馬赫數能夠達到1.5。流動現象就是激波，典型的雙激波系，一正一斜，增壓能力好，損失還小。

這麼有意思的問題竟然沒有一個系統的解釋，看來有必要來佔個坑。

當風扇葉尖速度跨越聲速時，即當地馬赫數大於1。從物理的角度來說，此時會形成激波。激波是運動氣體中的強壓縮波。當物體以超音速運動時，擾動來不及傳到物體的前面去，結果前面的氣體受到運動物體突躍式的壓縮，形成集中的強擾動，這時出現一個壓縮過程的界面，稱為激波。關於激波的理論事實上是很複雜的，這裡就不多贅述了，感興趣的小夥伴兒可以自查一些專業書籍。Anyway總之吧，經過激波，氣體的壓強、密度、溫度都會突然升高，流速則突然下降。壓強的躍升產生可以聽到的爆響。如飛機在較低的空域中作超音速飛行時，地面上的人可以聽見這種響聲，即所謂音爆。

理想氣體的激波沒有厚度，是數學意義的不連續面。實際氣體有粘性和傳熱性，這種物理性質使激波成為連續式的，不過其過程仍十分急驟。因此，實際激波是有厚度的，但數值十分微小，只有氣體分子自由程的某個倍數，波前的相對超音速馬赫數越大，厚度值越小。在激波內部有氣體與氣體之間的摩擦存在，使一部分機械能轉變為熱能。所以激波的出現意味著機械能的損失和波阻力的產生。因此在設計飛行器時，一般應避免激波的出現或減弱激波強度。激波就其形狀來分有正激波、斜激波、離體激波、圓錐激波等。

同樣對於旋轉機械類的部件，比如航空發動機的壓氣機，類似於問題中所提到的風扇葉尖速度超過聲速會發生什麼。通常在其進口會有出現馬赫數大於1的情況，比如跨音速或者超音速的壓氣機。通過模擬和試驗的手段都是可以觀察到的風扇的葉柵通道內有激波的存在。

激波的產生會帶來相應的損失，如何避免和降低這些損失都是很多外流場、內流場氣動設計中很關鍵的部分。總之吧，跨越音速意味著產生損失，應盡量避免。

肯定會有壓縮波、激波和膨脹波，然後流場就是什麼激波激波相交啊，激波邊界層干擾啊之類的，然後由於這些情況出現的滑移層以及滑移層的不穩定，加上一些其他的振蕩又會導致葉片振蕩，出現非定常效應

如果你葉片是鈍頭的，來流超聲速還會在鈍頭附近出現熵層

這麼簡單的問題竟然沒人有cfd算算