## [Stoßwelle](/de/node/46961) Definition Eine Stoßwelle ist eine schmale, annähernd diskontinuierliche Front in einem kompressiblen Fluid, an der Strömungseigenschaften (Druck, Temperatur, Dichte, Geschwindigkeit) abrupt wechseln und die Entropie zunimmt; sie breitet sich schneller aus als kleine Störungen im vorgelagerten Medium und wandelt kinetische Energie irreversibel in innere Energie um. ## Prinzip Prinzip Das Verhalten von Stößen wird durch Erhaltungssätze über einer Diskontinuität (Masse, Impuls, Energie) und die Rankine–Hugoniot-Sprungbedingungen beschrieben; Stoßstärke und -orientierung folgen aus der upstream Mach-Zahl und der Geometrie, während Viskosität und Wärmeübertragung die Stoßdicke beeinflussen, nicht jedoch die idealen Sprungbedingungen. ## Demonstration Demonstration Ein normaler Stoß in einem Überschallwindkanal reduziert die Mach-Zahl von >1 auf <1, erzeugt einen plötzlichen Anstieg von statischem Druck und Temperatur sowie einen messbaren Verlust an Gesamtdruck stromabwärts; die Druckaufzeichnung zeigt einen abrupten Sprung, der den theoretischen Bedingungen entspricht. ## Fehlanwendung Fehlanwendung Die Behandlung eines Stoßes als isentrope Kompression oder das Vernachlässigen von Stoßdicke und Dissipation bei Analysen der Grenzschichtwechselwirkung führt zu Unterschätzung von Erwärmung, Ablösung und Gesamtdruckverlust. ## Konsequenz Konsequenz Die korrekte Identifizierung von Stößen prognostiziert Wellenwiderstand, lokale Erwärmung, möglichen Grenzschichtabriß und irreversible Gesamtdruckverluste und ist maßgeblich für Strukturheizgrenzen, Lufteinlassgestaltung und Wirksamkeit von Steuerflächen. ## Umkehrung Umkehrung Ein Expansionsfächer (Prandtl–Meyer-Expansion) ist das kinematische Gegenstück: eine kontinuierliche Folge von einfachen Wellen, die Druck und Temperatur senken und die Strömung beschleunigen, wobei in der Idealgasdynamik isentrope Verhältnisse erhalten bleiben. ## Abgrenzung Abgrenzung Stoßwellen treten nur in kompressiblen Strömungen auf, in denen die lokale Mach-Zahl etwa eins erreicht oder überschreitet; bei sehr kleinen Mach-Zahlen bleiben kompressive Wellen nahezu linear und bilden keine Stöße; Stöße unterscheiden sich von Detonationen, die chemische Energieumwandlung beinhalten. ## Semantische Spannung Semantische Spannung Der Begriff Stoßwelle kann mit Schallwelle oder Druckpuls verwechselt werden; im Gegensatz zu linearen akustischen Wellen sind Stöße nichtlinear, dissipativ und führen zu Entropieproduktion; bei chemischer Aktivität werden sie leicht mit Detonationen vermischt. ## Synthese Synthese Eine Stoßwelle ist die irreversible, schmale kompressive Diskontinuität in einem kompressiblen Fluid, beschrieben durch Erhaltungsgesetze und Sprungbedingungen; sie steht für eine schnelle Umwandlung von kinetischer in innere Energie mit praktischen Folgen für Widerstand, Erwärmung und Strömungsführung.