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폭풍파가 구조물의 표면에 직각으로 입사할 때의 입사각($\alpha_I$)을 0°라고 하자. 표면에 평행(90°)인 경우 반사파가 발생하지 않고, 구조물의 표면에 최대 과압($p_{so}$)이 작용한다. 이 압력을 사이드 온 압력(side-on pressure)이라고 한다. 입사각이 0°와 90° 사이에 있으면 경사반사이며, 정규반사와 마하반사가 동시에 일어난다. 다시 말하면, 정규반사(regular reflection)마하반사(mach reflection)는 입사각과 입사파의 크기에 따라 다르다.

 

정규반사

 

위 그림과 같은 정규반사의 경우 ①의 영역에서 입사파는 입사각을 유지한 채 전파한다. 입사파의 뒤쪽에 있는 ②의 영역은 입사파의 영향을 받는다. ③의 영역은 입사파가 반사하는 영역이며, 반사각($\alpha_R$)을 유지한 채 반사파의 영향을 받으면서 전파한다. 반사파($p_r$)는 입사파의 크기에 따라 정규반사가 생기지 않는 각도가 있다. 이 값 이상에서 정규반사는 일어나지 않고 마하반사만 발생한다. 다시 말하면, 수직 반사($\alpha_{I}=0°$)로 발생한 반사파보다 큰 반사파가 발생하고 가 된다. 공기의 경우, 이 각도는 약 40°이다. 또한, 반사각($\alpha_R$)과 입사각($\alpha_{I}$)은 함께 증가한다.

 

입사파에 대한 반사계수와 입사각(낮은 과압 범위)

 

위 그림은 입사파에 대한 반사계수(reflection coefficient) $C_R$(=$p_{r}/p_{so}$)과 입사각($\alpha_I$)의 관계를 나타내며, 입사각이 $\alpha_I$= 40°인 부근에서 반사계수가 커지는 것을 알 수 있다.

(a) 지표면보다 높은 위치의 폭발에 의한 충격파의 반사
(b) 마하 축(mach stem)과 삼중점의 형성
(c) 폭발 고도에 대한 마하 축과 삼중점의 형성


위 그림과 같이 마하반사는 입사각($\alpha_{I}$)이 입사파의 크기에 의존하는 $\alpha_{I}_{crit}$를 초과할 때 발생한다. 또, ⒜와 같이 반사파는 점 C에서 입사파에 오래도록 융합하여 지표면에 수직인 파면을 가지고 세 번째 충격파의 전면을 반사 표면 위에 형성한다. (점 D) ⒝와 같이 세 개의 파가 합쳐지는 점은 삼중점(triple point)이라고 한다. 

 

마하 축은 충격파의 확산과 함께 높이가 증가한다. (그림 의 점 D~E) 마하 축의 높이가 증가할수록 입사파와 반사파는 합쳐져서 거리가 멀어질수록 지표면에 수직인 구형의 파면이 발생한다. (그림 의 점 E) 그림 는 마하 축이 거리에 따라 변화하는 과정을 나타낸다. 이 마하 축 현상을 마하반사(Mach反射)라고 한다. 이 현상을 이용하여 폭탄의 위력 범위를 확대할 수 있다. 바꿔 말하면, 폭발 고도를 적당한 위치에 설정하면 같은 폭탄을 지표면에서 폭발하는 것보다 50% 이상 위력 반경을 확대(위력 면적은 200% 이상)할 수 있다. 마찬가지로 음속에 가깝고 약한 충격파라면 지표면에서 대칭 반사하기 때문에 마하 축 현상은 발생하지 않는다.

 

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