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馬赫這個詞在航空圈里挺常見的,它其實不是一個固定速度,而是物體跑得快慢跟聲音傳播速度比起來的值。簡單說,就是速度除以音速,得出來的那個數。
比方說,要是物體速度正好等于音速,那就是1馬赫。聲音在空氣里傳得有多快?這得看環境,溫度高點,空氣分子動得猛,聲音就快些。
氣壓也影響,密度大傳得順溜。馬赫這個單位是為了紀念一個奧地利物理學家恩斯特·馬赫,他早年研究氣體流動,幫大家搞清楚高速下空氣怎么變。
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馬赫數小于1叫亞音速,大于1就是超音速,超過5馬赫就算高超音速了。這在飛機設計上超實用,因為不同高度音速不一樣,高空冷,音速低,所以同樣的速度,高空馬赫數就大點。
導彈或者火箭也用這個,計算時不用老盯著絕對公里數,直接比值更直觀。實際工程里,大家常拿海平面標準來參考,避免亂套。
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1馬赫的速度,通俗點講,就是和聲音跑得一樣快。聲音在標準條件下,海平面15度空氣里,每秒340米左右。算算賬,每小時就是340乘3600除1000,得1224公里每小時,基本在1200到1250之間晃悠。
為什么不固定?因為音速隨高度變,高空11公里處,溫度掉到零下56度,音速降到每秒295米,每小時1062公里。所以1馬赫在那兒就慢點。
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飛機要達到1馬赫,得克服空氣阻力,那阻力像堵墻,接近音速時機身抖,空氣壓縮成激波。突破后,音爆聲就來了,地面聽起來像打雷。
戰斗機試飛時,常在這個點卡著,設計師得調形狀減阻。導彈也一樣,東風系列高超音速那款,輕松超5馬赫,幾分鐘飛千公里。客機呢,通常0.8馬赫巡航,900公里每小時,穩當不超。
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想想子彈,步槍子彈1到2馬赫,追不上更快的東西。火箭返回大氣層,25馬赫,每小時3萬公里,熱得像火球,得用特殊材料擋。馬赫數高,摩擦熱猛,材料得耐千度高溫。
殲-20這樣的戰機,最大2馬赫多,每小時2400公里,機動性強,在空戰中占便宜。音速在水里快得多,每秒1500米,但航空主要看空氣。
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換算成公里每小時,1馬赫海平面標準下約1225公里。2馬赫翻倍,2450公里,夠從北京到廣州一小時內到。3馬赫3675公里,俄羅斯米格-25能到這個。
5馬赫以上,高超音速,洲際導彈常用,防不住。溫度每變1度,音速變0.6米每秒,工程計算得細。氣壓低,音速慢,沙漠山頂測的不一樣。
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實際用時,得考慮高度,飛機爬升,音速降,馬赫升。黑鳥偵察機SR-71,高空3馬赫,每小時3500公里。神舟返回艙25馬赫,速度驚人。
阻力隨馬赫平方增,引擎推力得猛。音爆擾民,超音速客機少見。材料挑戰大,鈦合金陶瓷護層扛熱。中國航空進步快,殲-20速度2.8馬赫,每小時約3400公里,技術領先。
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馬赫這個比值,幫大家避開絕對數的麻煩,在不同條件下統一標準。導彈設計時,用馬赫算軌跡準。未來技術會更精,但基本原理不變。航空航天離不開這個,計算速度時,先定環境音速,再比。1馬赫不光快,還代表突破聲障的關口。
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實際換算,1馬赫每秒0.34公里,每小時1224。2馬赫每秒0.68,每小時2448。依高度,10公里高音速299米每秒,1076公里每小時。馬赫用在航程估算,速度高油耗大。戰機巡航0.9馬赫,經濟。
音爆是馬赫超1標志,激波錐掃地。禁飛區限超音速。材料科學進步,陶瓷基復合扛熱。馬赫數在CFD模擬關鍵,電腦算流場。航空教育,從馬赫學起,懂高速原理。
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