在描述飞行速度的时候 , 人们经常会使用马赫(Mach number)为单位 , 这个马赫是什么意思呢?简单来讲 , 马赫其实就是速度与音速的比值 。
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由于音速不是固定值 , 不同的条件下(如介质、温度、压强等等)的音速具有不同的数值 , 因此如果要问1马赫速度到底有多快 , 我们并不能直接说1马赫相当于每小时多少公里 , 而应该在此之前加上确定的条件 。
例如在地球大气层中 , 当气压为一个标准大气压、温度为15摄氏度的时候 , 空气中的音速约为每秒钟340米 , 在这种条件的空气中的飞行速度 , 1马赫就相当于每小时大约1224公里 。
可以看到 , 用马赫来描述飞行速度并不直观 , 所以问题来了 , 既然如此 , 那为什么飞行速度常用马赫为单位呢?直接用每小时多少公里不是更方便吗?
【飞行速度为什么以马赫为单位 1马赫的速度是多少公里】当一个物体在空气中飞行的时候 , 位于它前方的空气就会受到挤压 , 如果这个物体速度相对较慢 , 那么位于它前方的那团空气就会经历“压缩”、“复原”然后再“弹开”这样一个过程 。
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由于上述过程需要一定的时间 , 因此当一个物体在空气中的飞行速度达到一个特定值的时候 , 位于它前方的那团空气在被“压缩”之后就刚好无法“复原”、也无法“弹开” 。
于是这团被“压缩”的空气就会一直停留在物体前方 , 而随着物体的持续飞行 , 更前方的空气也会经历同样的过程 , 进而造成越来越多的“压缩空气”堆积在物体前方 。
那么问题来了 , 这个“特定值”到底是多少呢?答案就是音速 。
从本质上讲 , 声音其实就是由物体振动产生的一种波 , 在空气中的声波其实是一种“纵波” 。
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上图显示了声波在空气中的传播方式 , 可以看到 , 声波其实就是通过空气分子的“压缩”和“复原”来传播的 , 换句话来讲就是 , 空气的“压缩”和“复原”的速度 , 其实就是声音在空气中的传播速度 , 也就是音速 。
也就是说 , 当一个物体以音速在空气中飞行时 , 其前方就会迅速堆积起大量的“压缩空气” 。
在这种情况下 , 物体遇到的空气阻力就会骤然升高 , 这种现象其实就是我们常听到的“音障” 。
另一方面来讲 , 当飞行器在空气中的飞行速度超过音速时 , 尽管其前方的空气也会被“压缩” 。
然而在这种情况下 , 这些“压缩空气”的速度比飞行器的飞行速度慢 , 因此它们就无法在物体前方大量堆积 , 也就不会对物体形成强大的阻力 。
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所以对于人类的飞行器而言 , 想要进行超音速飞行 , 就必须要突破“音障” , 而“音障”的出现就意味着飞行器的操纵性能和稳定性会突然变坏 。
因此飞行员就有必要及时地了解当前速度与音速的即时关系 , 这样就可以提前做好准备 , 进而大幅提高飞行的安全性 。
由于不同的条件下的音速具有不同的数值 , 飞行员只知道“每小时多少公里” , 是无法直观地掌握飞行器的当前速度与音速的即时关系的 。
所以那些速度较快的飞行器 , 通常都会配有一个专门显示马赫数的仪表 。
简单来讲 , 这种仪表能够根据当前区域的各种条件(如空气密度、压强、温度等等) , 计算出当前区域的音速 , 然后再将其当前的飞行速度进行对比 , 进而计算出马赫数 。
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