Mach on dimensioton luku , huomattava Ma , joka ilmaisee suhde paikallinen nopeus on nestettä , että äänen nopeus tässä samassa neste. Äänen nopeus kaasussa, joka vaihtelee sen luonteen ja lämpötilan mukaan, Mach-luku ei vastaa kiinteää nopeutta, se riippuu paikallisista olosuhteista. Se nimettiin kunniaksi Itävallan fyysikko ja filosofi Ernst Mach jonka Jakob Ackeret .
Normaalissa lämpötilassa ja ilmassa äänen nopeus on noin 340 m s −1 tai 1224 km h −1 .
Mach-luku mittaa liikkeeseen liittyvien voimien ja nesteen kokoonpuristuvuuden suhdetta.
tai:
Äänen nopeus ilmassa, pidetään ideaalikaasu , ilmaistaan:
Tai:
Tilanyhtälö ansiosta se voidaan kirjoittaa uudelleen funktiona tietyn kaasun vakio r (287 J kg -1 K -1 ilman) ja lämpötila T on kelvineinä :
.Siksi se riippuu vain lämpötilasta.
Korkeus metreinä | Lämpötila ° C | äänen nopeus m / s |
---|---|---|
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 |
47000 - 51000 | −2,5 | 329,8 |
Esteitä estäen tämä häiriö leviää yleensä samalla tavalla kaikkiin suuntiin. Siten se löytyy sekunnin kuluttua jaetusta pallosta, jonka säde on 340 metriä. Pallon pinta on verrannollinen sen säteen neliöön, häiriön voimakkuus pienenee hyvin nopeasti etäisyyden myötä: se on äänen vaimennuksen tärkein syy, paljon tärkeämpi kuin viskositeetti.
Seuraavassa lentävä esine tasaisessa liikkeessä nopeudella V rinnastetaan pisteeseen.
Jos V < a (toisin sanoen Ma <1), lentävän kohteen nopeus on pienempi kuin sen häiriöalueiden lisääntymisen, jonka se luo kullakin hetkellä. Lisäksi se on pysyvästi aiemmin luotujen sisällä. Kuka tahansa voi kokea ilmiön: kiinteä tarkkailija tuntee ensimmäisten erittäin laajentuneiden pallojen erittäin heikon äänen, sitten voimakkuus kasvaa, kunnes lentävä esine on lähempänä ja lopulta pienenee sukupuuttoon.
Lisäksi häiriöpallojen emissiopisteen siirtyminen saa aikaan Doppler-vaikutuksen .
Jos Ma = 1, lentävä esine tarttuu pysyvästi kaikkien aiemmin luotujen pallojen eteen, jotka kaikki ovat siten tangenttina lentävän kohteen liikkeeseen kohtisuorassa olevalle tasolle. Lukuisten pienten häiriöiden asettaminen päällekkäin aiheuttaa suuren häiriön, joka lisää huomattavasti ilman vastusta: se on äänen este .
Kun Ma > 1 päinvastoin, lentävä esine jättää kaikki häiriöalueet sen taakse. Yksinkertainen päättely osoittaa, että ne kaikki ovat tangentteja kartioon, jota kutsutaan Mach-kartiaksi.
Yllä olevat näkökohdat antavat käsityksen Mach-luvun tärkeydestä, mutta todellisuus on paljon monimutkaisempi.
Yleensä tehdään ero seuraavien nopeusalueiden välillä:
Ruokavalio | Mach | km / h | neiti | Ilma-aluksen yleiset ominaisuudet | Esimerkkejä esineistä näillä nopeuksilla |
---|---|---|---|---|---|
Subsonic | <1,0 | <1230 | <340 | Potkuri ja kaupalliset suihkukoneet | Auto, Cessna 182 , matkustajakoneet (matkanopeus: A380 , A320neo, 747 ...) |
Transonic | 0,8-1,2 | 980-1475 | 270 - 410 | Hieman positiivinen puomin kulma | Lentokone (suurin nopeus) |
Yliääntä | 1,0-5,0 | 1230-6150 | 340-1 710 | Terävämmät reunat | Concorde , Aster-ohjus , SR-71 |
Hypersonic | 5,0-10,0 | 6150-12 300 | 1 710-3 415 | Jäähdytetty nikkelititaanipäällyste, erittäin kompakti muoto, pienet siivet | Kokeellinen lentokone: X-43 , Ariane 5 -raketti |
Hypersonic "korkea" | 10,0-25,0 | 12 300-30 740 | 3 415-8 465 | Termiset piidioksidilaatat | ISS , ballistinen ohjus |
Ilmakehän reentry nopeus | > 25,0 | > 30 740 | > 8,465 | Ablatiivinen lämpösuoja, ei siipiä, avaruuskapselin muoto | Ilmakehän paluukapseli , Tšeljabinskin meteori |
Ilman puristettavuus voidaan jättää huomiotta, jos Mach-luku on alle noin 0,3 (koska nopeuden muutos tiheydessä on tässä tapauksessa noin 5%). Aikaisemmin subäänisen ja yliäänisen välisenä rajana määritellyllä äänitapauksella ei ole fyysistä todellisuutta: se korvataan melko suurella siirtymävyöhykkeellä, jota kutsutaan transoniciksi, jossa ilmiöt ovat erityisen monimutkaisia. Supersoniikassa Mach-kartio, joka on saatu ottamalla huomioon pisteeste, on vain yksinkertaistettu kuva iskuaallosta (tai kahdesta kaksoiskallon muodostavasta iskuaallosta) todellisen esteen läheisyydessä. Hyperääninen järjestelmä on alue, jolla fysikaalis-kemialliset ilmiöt näkyvät.