一公里多少千米(1里和1公里的区别)
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一公里多少千米(1里和1公里的区别)
06-01

马赫这个词相信很多人都不陌生,尤其是对于航空爱好者或者军迷朋友们来说就更熟悉了。经常有军事书籍介绍战斗机时会提到某战斗机导弹发射后速度达到多少马赫。这就会使我们以为马赫是个很厉害的角色,而且是个速度单位,然而真实情况是这样吗?

马赫飞行器

马赫的由来

马赫这个物理量的命名是为了纪念一名著名的物理学家——恩斯特·马赫,除了物理学领域,他的成就还集中在哲学、心理学等领域。著名的马赫主义也是他首先提出并创立的。

物理学家马赫

马赫主要学术研究领域集中在实验物理学方面,其中很重要的一项工作,是研究飞行抛射体,纹影技术在该研究中得到应用。同时,在研究流体高速运动时,他还首次发现了激波现象,并拍摄了激波的照片,这也成为他最重要的成就。

20世纪初,角α首次被郎普朗特称做马赫角。由于运动物体速度和声速的比值(v/c)越来越重要,20世纪20年代末,杰阿和莱德开始用马赫数表示这一比值。在流体运动研究学术领域,马赫已成为重要参数,用它表示运动物体引起流体的运动状态。

流体研究

二战结束后,超音速飞行器和核武器的出现,使他的研究成就受到各国更高程度的重视。尤其在空气动力学研究领域,马赫角、马赫波、马赫效应等这些术语使用的越来约广泛,充分体现了马赫在力学上的重要贡献。

物理量马赫的含义

马赫数其实并不是一个单纯的速度单位,而是一个比值,反映的是速度和音速的比值。众所周知,在不同介质中,音速的传播速度不同,音速的数值是可变的,随高度、温度与大气密度的不同而变化,是相对的。

公式变换

介质中压强扰动的强弱程度用音速来表征,其速度因传播介质、温度、压力等不同而异。通常将空气中,将一个标准大气压,15℃的条件下的音速确定为标准值,其值为每秒340米。

由于不同情况下音速值不同,同样的移动物体,例如一个飞行中的导弹,在高原和平原,单位马赫数(每一马)表示的数值是不同的,其含义也不同。

1马赫等于每小时多少千米?

在空气动力学中,马赫数得到广泛应用,飞机、火箭、导弹等航空器的飞行速度一般都用马赫数来表示。马赫数也可以作为速度概念使用,但同时应该给出高度数值及气压条件,高度以标准海平面为基准值,气压条件以1个标准大气压为标准值。

由于马赫数是一个相对数,其本质是一个比值,且是音速的倍数值。通常所指的1倍音速,即为马赫数Ma等于1;所称的亚音速,即为马赫数Ma小于1;所称的高超音速,即为马赫数Ma大于5。

空气动力学

由马赫数的定义可知,马赫数大于1代表比音速快,同样的道理,马赫数小于1代表比音速慢。通常用符号Ma代表飞行速度的绝对数值,即在标准高度气象条件下,飞行速度相当于当地音速的倍数。

Ma是一个绝对数值概念,可以用于不同地区不同飞行器间飞行速度的比较。Ma2.2 > Ma1.6,即表示飞行速度为Ma2.2的航空器的飞行速度大于Ma1.6的飞行器

在温度为零度的海平面上,声速大约是每秒331.45米,换算成传统速度单位,约合每小时1193千米;而万米高空,因处平流层,空气稀薄,气流方向水平单一,空气阻力小,声速约为每小时1062千米。因此,高空和低空相比,马赫数更高。

超音速流场

当马赫Ma小于0.3时,流体承受的压力较小,流体无法被压缩,压力只会造成流体的流动,在这种情况下,压力改变,流体密度并不会随之改变,此种流场称为亚音速流,此时的流场,被称为不可压缩流场。大多数场景中的水流、环境中的空气流动,像台风、汽车运动、河流等,都是亚音速流场。

当马赫Ma大于1时,流体在高速运动时,有的移动的物体速度接近音速甚至超过音速,压力改变导致流体密度变化,密度变化的气流运动被叫做可压缩流,或者称为超声速流场。在航空动力学中,航空器高速飞行产生的流场往往都是超音速流场。

超音速航空器

在超高声速飞行时,在任何物体头部激波后方,都会产生温度很高的热气流,称为超高温气流,即所谓超音速流场。因此对高速运动物体的设计、材料和制造都提出了极高的要求,因此,能实现高超音速飞行的航空器极少。

例如,有名的美国战略侦察机,型号SR-71,代号黑鸟,其最大速度达到3.2~3.3马赫,是侦察机飞行速度的最高速记录;美国高空高速无人机D21,其最大飞行速度达3.3~3.5马赫,但都未实现高超音速飞行。

高超音速一般是流体的飞行速度大于等于5倍声速,即马赫数大于等于5,导弹是能实现高超音速飞行的为数不多的航空器之一,某些弹道导弹,其再入大气层的速度远超过声速。

高超音速武器

值得一提的是,俄罗斯、中国等都已成功研制出高超音速武器。在俄乌冲突中,舰艇版高超音速武器锆石甚至成为了第一款用于实战的高超音速武器。现在我国也已成功试射空基和海基版的高音速导弹,鹰击21。此外,我国更是已研制出超高音速飞机并成功试飞,最高飞行速度可达6倍音速,即6马赫。

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