Un tube à choc est un instrument utilisé pour étudier les réactions de combustion en phase gazeuse et l’écoulement aérodynamique. Dans sa forme la plus simple, un tube à choc est un tube métallique avec un diaphragme, une barrière semi-flexible, séparant un gaz à haute pression d’un gaz à basse pression. Pour commencer une expérience, le diaphragme est rompu, provoquant la propagation d’une onde de choc à travers le gaz à basse pression.
Dans les expériences utilisant un tube à choc, le gaz à haute pression est appelé gaz d’entraînement, tandis que le gaz à basse pression est le gaz d’entraînement. Les gaz n’ont pas besoin d’être de la même composition chimique. Les gaz sont pompés dans ou hors du tube de chaque côté du diaphragme jusqu’à ce que la pression souhaitée soit atteinte de chaque côté. Pour commencer une expérience avec un tube à choc, le diaphragme peut être rompu à l’aide d’un piston avec une lame attachée, bien que le mécanisme requis soit complexe. De nombreuses expériences utilisent soit un diaphragme rainuré, conçu pour se rompre lorsqu’une certaine pression est atteinte à l’intérieur du tube, soit utilisent des gaz combustibles dans le conducteur pour faire éclater le diaphragme.
Lorsque le diaphragme d’un tube est rompu, une onde de choc, une perturbation brutale et se propageant, se propage dans le gaz entraîné. La température et la pression du gaz entraîné augmentent également, et l’onde de choc induit un écoulement aérodynamique dans la direction de l’onde de choc, mais à une vitesse ou vitesse inférieure. Une diminution de pression qui se propage, appelée onde de raréfaction ou ventilateur d’expansion, retourne dans le gaz d’entraînement. La surface de contact, la frontière entre le gaz conducteur et le gaz entraîné, se déplace dans le gaz entraîné, juste derrière le front de choc, définissant la frontière de l’onde de choc.
Lorsque l’onde de choc atteint l’extrémité d’un tube, elle est réfléchie, revenant dans le gaz conducteur et provoquant une augmentation encore plus importante de la température, de la pression et de la densité. L’utilisation d’un réservoir de décharge pour absorber l’onde de choc réfléchie peut empêcher cette réaction. Après la création de l’onde de choc, le gaz dans le tube à choc est retiré et étudié pour observer les effets de la pression et de la température élevées. Un tube à choc peut également être utilisé pour étudier les effets de la combustion sur les particules solides, qui sont insérées dans le tube avant la rupture du diaphragme.
Un tube à choc peut également être utilisé pour étudier le flux aérodynamique du gaz entraîné derrière l’onde de choc. La combustion se produit très rapidement. En conséquence, le temps d’observation de l’écoulement aérodynamique est limité, généralement quelques millisecondes.