A Mach-szám egy dimenzió nélküli szám , megjegyezte Ma , ami arányát fejezi ki a helyi sebesség a folyadék a hangsebesség ugyanebben a folyadékot. A hang sebessége egy gázban, annak jellegétől és hőmérsékletétől függően, a Mach-szám nem felel meg a rögzített sebességnek, a helyi viszonyoktól függ. Ernst Mach osztrák fizikus és filozófus tiszteletére nevezte el Jakob Ackeret .
Normál hőmérsékleten és levegőben a hangsebesség körülbelül 340 m s −1 vagy 1224 km h −1 .
A Mach-szám a mozgással járó erők és a folyadék összenyomhatósága közötti kapcsolatot méri.
vagy:
Az ideális gáznak tartott levegő hangsebességét a következők fejezik ki:
Vagy:
A állapotegyenlet lehetővé teszi, hogy átírt függvényében specifikus gázállandó R (287 J kg -1 K -1 levegő), és a hőmérséklet T a kelvin :
.Ezért csak a hőmérséklettől függ.
Magasság m-ben | Hőmérséklet ° C-ban | a hang sebessége m / s-ban |
---|---|---|
0 | 15 | 340.3 |
1000 | 8.5 | 336.4 |
2 308 | 0 | 331.3 |
5000 | −17,5 | 320.5 |
7500 | −23,5 | 310.2 |
11 000 - 20 000 | −56.5 | 295.1 |
32 000 | −44,5 | 303.1 |
47 000–51 000 | −2,5 | 329,8 |
Általában az akadályokat akadályozva ez a zavar ugyanúgy terjed minden irányban. Így egy másodperc után 340 méter sugarú gömbön oszlik meg. A gömb felülete arányos a sugara négyzetével, a zavar intenzitása a távolsággal nagyon gyorsan csökken: ez a hang csillapításának fő oka, sokkal fontosabb, mint a viszkozitás.
A következőkben egy V sebességgel egyenletes mozgásban lévő repülő tárgy asszimilálódik egy ponthoz.
Ha V < a (vagyis Ma <1), akkor a repülő tárgy sebessége alacsonyabb, mint a zavaró szférák növekedésének sebessége, amelyet minden pillanatban létrehoz. Ezenkívül állandóan a korábban létrehozottakon belül van. Bárki megtapasztalhatja a jelenséget: a rögzített megfigyelő érzi az első nagyon kitágult gömbök nagyon gyenge hangját, majd az intenzitás addig nő, amíg a repülő tárgy közelebb van, és végül csökken a kihalásig.
Ezenkívül a zavaró gömbök kibocsátási pontjának elmozdulása Doppler-hatást vált ki .
Ha Ma = 1, akkor a repülő tárgy tartósan az összes korábban létrehozott gömb elejéhez tapad, amelyek mind érintik a repülő tárgy mozgására merőleges síkot. A kis zavarok sokaságának egymásra helyezése nagy zavart okoz, amely jelentősen növeli a levegő ellenállását: ez a hangzáró .
Amikor Ma > 1, éppen ellenkezőleg, a repülő tárgy a zavarás minden szféráját maga mögött hagyja. Az egyszerű érvelés azt mutatja, hogy valamennyien érintenek egy Mach kúpnak nevezett kúpot.
A fenti szempontok képet adnak a Mach-szám fontosságáról, de a valóság sokkal bonyolultabb.
Általában a következő sebességtartományokat különböztetik meg:
Diéta | Mach | km / h | Kisasszony | A repülőgép általános jellemzői | Példák ilyen sebességű tárgyakra |
---|---|---|---|---|---|
Szubszonikus | <1,0 | <1230 | <340 | Propeller és kereskedelmi repülőgépek | Autó, Cessna 182 , utasszállító repülőgépek (utazási sebesség: A380 , A320neo, 747 ...) |
Transzónikus | 0,8-1,2 | 980-1475 | 270-410 | Kissé pozitív gém szög | Utasszállító (maximális sebesség) |
Szuperszonikus | 1,0-5,0 | 1 230-6 150 | 340-1 710 | Élesebb élek | Concorde , Aster rakéta , SR-71 |
Hiperszonikus | 5,0-10,0 | 6 150–12300 | 1 710-3 415 | Hűtött nikkel-titán bevonat, nagyon kompakt forma, kis szárnyak | Kísérleti repülőgép: X-43 , Ariane 5 rakéta |
Hiperszonikus "magas" | 10,0-25,0 | 12 300-30 740 | 3 415-8 465 | Termikus szilícium-dioxid csempék | ISS , anti-ballisztikus rakéta |
A légköri visszatérési sebesség | > 25,0 | > 30,740 | > 8,465 | Ablatív hőpajzs, szárnyak nélkül, űrkapszula alakú | Légköri visszatérő kapszula , Cseljabinszk meteor |
A levegő összenyomhatósága elhanyagolható a kb. 0,3-nál kisebb Mach-számoknál (mivel a sebesség miatti sűrűségváltozás ebben az esetben körülbelül 5%). A szubszonikus és a szuperszonikus közötti határként korábban definiált szonikus esetnek nincs fizikai valósága: helyébe egy meglehetősen nagy átmeneti zóna lép, amelyet transzonikusnak neveznek, amelyben a jelenségek különösen bonyolultak. A szuperszonikában a Mach-kúp, amelyet egy pont akadály figyelembevételével kapunk, csak a sokkhullám (vagy a kettős durranást okozó két lökéshullám) egyszerűsített képe egy valós akadály közelében. A hiperszonikus rezsim az a terület, ahol a fizikai-kémiai jelenségek megjelennek.