Un tubo d’urto è uno strumento utilizzato per studiare le reazioni di combustione in fase gassosa e il flusso aerodinamico. Nella sua forma più semplice, un tubo d’urto è un tubo metallico con un diaframma, una barriera semiflessibile, che separa un gas ad alta pressione da un gas a bassa pressione. Per iniziare un esperimento, il diaframma si rompe, facendo viaggiare un’onda d’urto attraverso il gas a bassa pressione.
Negli esperimenti che utilizzano un tubo d’urto, il gas ad alta pressione è indicato come il gas driver, mentre il gas a bassa pressione è il gas guidato. Non è necessario che i gas abbiano la stessa composizione chimica. I gas vengono pompati all’interno o all’esterno del tubo su ciascun lato della membrana fino a raggiungere la pressione desiderata su ciascun lato. Per iniziare un esperimento con un tubo d’urto, il diaframma può essere rotto usando uno stantuffo con una lama attaccata, sebbene il meccanismo richiesto sia complesso. Molti esperimenti utilizzano un diaframma segnato, progettato per rompersi quando viene raggiunta una certa pressione all’interno del tubo, o utilizzano gas combustibili nel driver per far scoppiare il diaframma.
Quando il diaframma in un tubo si rompe, un’onda d’urto, un disturbo improvviso che si propaga, viaggia nel gas guidato. Anche la temperatura e la pressione del gas guidato aumentano e l’onda d’urto induce un flusso aerodinamico nella direzione dell’onda d’urto, ma a una velocità o velocità inferiore. Una diminuzione propagante della pressione, chiamata onda di rarefazione o ventilatore di espansione, ritorna nel gas del driver. La superficie di contatto, il confine tra gas guidato e gas guidato, viaggia nel gas guidato, appena dietro il fronte dell’ammortizzatore, definendo il confine dell’onda d’urto.
Quando l’onda d’urto raggiunge l’estremità di un tubo, viene riflessa, tornando nel gas del driver e provocando un aumento ancora maggiore di temperatura, pressione e densità. L’uso di un serbatoio di scarico per assorbire l’onda d’urto riflessa può prevenire questa reazione. Dopo che l’onda d’urto è stata creata, il gas nel tubo d’urto viene prelevato e studiato per osservare gli effetti dell’alta pressione e della temperatura. Un tubo d’urto può anche essere usato per studiare gli effetti della combustione sulle particelle solide, che vengono inserite nel tubo prima che il diaframma si rompa.
Un tubo d’urto può anche essere usato per studiare il flusso aerodinamico del gas guidato dietro l’onda d’urto. La combustione avviene molto rapidamente. Di conseguenza, c’è un tempo limitato per osservare il flusso aerodinamico, di solito solo pochi millisecondi.