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為什麼飛行器要用馬赫來描述速度,而不用公里?馬赫究竟有多快?
2022/12/14

對于物體運動速度,人們常常會用km/h、km/s、m/s等單位來描述,不過在表示飛行器運行速度的時候,則是用「馬赫」,很多人對此感到十分不解,那麼馬赫究竟什麼呢?又有什麼特別之處?一起來看看。

馬赫的由來

「馬赫」聽起來很像一個人名,事實上,也的確是一個叫馬赫的科學家所創造出的定義,他是來自奧地利的物理學家,也是一名優秀的哲學家,曾發表過眾多專業領域論文,尤其在聲學、力學及光學三個方面成就顯著。

據了解,馬赫是偶然之中通過物體的高速運動意識到了激波的存在,指的是在運動速度高于音速的情況下形成的一種壓縮波。

不久之后,馬赫根據這一發現撰寫了一篇研究報告,內容中指出,激波會圍繞著物體前端定點逐漸形成包絡體,其斜邊和物體運動軌跡間的夾角呈正弦值,這一發現與音速和物體運動速度間的比值是相同的。

為了紀念馬赫所作出的貢獻,在物理學上將物體運動速度和音速間的比值稱作是「馬赫」,除此之外,馬赫波、馬赫效應等名詞也是由此而來,如今已經在空氣動力學領域得到了大范圍應用。

為什麼飛行器速度不用公里描述?

眾所周知,聲音傳播過程中呈現出來的速度值往往會受到多種因素的影響,比如溫度、氣壓變化等,尤其是長期處于高空飛行狀態的戰斗機。

據相關統計,當戰斗機位于9000米高空位置時,其聲音傳播速度在300m/s左右,如果繼續使用公里這樣的計量單位,顯然難以充分反映不同狀況與音速之間的關系,因此在飛行器內部都會設置馬赫表。

馬赫表的原理主要是結合空氣密度與壓強條件完成音速的測算,在此基礎上與飛行速度進行對比便可以得到馬赫值。

依照馬赫表中的數據,飛行員可以及時了解飛機當時飛行狀況下的速度情況,并在第一時間做好突破音速的相關準備。

當然飛行器使用馬赫為速度計量單位還有更深層的原因,比如馬赫能夠準確顯示出飛行器自身空氣動力學特征,這是由于飛行器運行環境相對特殊,在這種情況下,僅僅利用時速表示飛行速度十分片面。

因為如果在飛行的過程中速度偏慢,容易讓前方空氣受到擠壓,并不斷重復擠、復原與彈開的過程,當飛行速度與音速相當,可能會出現無法復原或是被彈開情況,致使被壓縮的空氣大量堆積,加大飛行阻力。

只有當飛行器的速度高于音速時,才能有效避免這類問題,因此為了確保飛行的安全穩定,飛行員需要明確飛行速度與音速之間的關系并做好防范措施,而馬赫剛好能夠滿足這一需要,可以當作一個了解周邊空間壓縮程度的參考指標,有利于確保飛行安全,促進飛行任務的順利完成,可謂意義非凡。

馬赫究竟有多快?

通常1個馬赫相當于常溫常壓狀態下的聲速,即340m/s,用于描述飛行器運動速度時,也被稱作是亞音速,早期轟炸機基本屬于亞音速飛行器,其實際速度范圍在0.6-0.8倍音速之間,氣流流經速度往往也低于音速。

而1馬赫-5馬赫之間的速度,被稱作超音速,當代飛行器大多擁有超音速巡航能力;高于5馬赫的速度則叫作高超音速,也是目前重點發展的飛行器類型,在達到高超速度時,飛行器周邊氣流會在前端位置形成離體激波,爆發高溫度使前端空氣發生分解。

1947年,由美國制造的X-1實驗飛機飛行速度能夠達到1078km,這個速度在當時可以稱作是一次劃時代的里程碑,率先突破了超高音速飛行難關,如今他們的空天飛行器X一37B飛行速度已經達到25馬赫,是世界飛行速度最快的飛行器。

除此之外,馬赫也常被用于描述飛彈速度,如果是巡航飛彈,其速度基本在1馬赫左右,如果是戰略飛彈或是戰術飛彈,那麼飛行速度則要在1馬赫以上,高于音速,現階段很多國家已經開始著手研究高超音速飛彈作為國家軍事領域保障。

比如中國研發的東風—17,可謂是王牌武器,其技術工藝在全世界范圍也是處于領先水平,飛行速度在10馬赫左右,射幅高達1800公里之外。

當然人外有人,天外有天,東風—17并非最強武器,2022年爆發的俄烏沖突中,讓各國人民都深深地受到了「先鋒」帶來的震撼。

它屬于一型陸地飛彈,早在2019年便已經投入使用,能夠準確命中超遠距離位置發起攻擊,甚至可以在核戰爭中發揮作用,將核彈頭投入敵國境內。

除此之外,「鋯石」、「匕首」的威力也不容小覷,在反艦作戰作戰中是重要的對抗武器,前者為一型海上飛彈,后者為一型空中飛彈,皆屬于高超音速飛彈。

不難看出,飛行器的飛行速度不用公里描述而用馬赫是有著一定科學道理的,如今馬赫早已成為報紙、雜志,甚至是電視媒體中的高頻熱詞,它的出現不僅僅是為了讓人們知道飛行器的飛行速度可以有多快,更重要的是象征著軍機領域在時速方面取得的重大突破。

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