一马赫有多快?为什么飞行器都用马赫描述速度?
一马赫有多快?
一马赫相当于340米/秒,20.4千米/分钟,12204千米/小时。如果用千米来描述的话,大家一下就能明白,但为什么飞行器更多却是用马赫来描述速度?
作为一种特殊的速度单位,马赫最初是以奥地利科学家恩斯特·马赫的名字命名的,主要表示物质在流体内的运动,是物体运动速度和音速的比。一马赫就等于一倍音速;两马赫,其速度就是音速的两倍。
那为什么战斗机、火箭等航空航天飞行器要用马赫来描述速度呢,而不用公里或千米呢?高速飞行器之所以用马赫来描述速度,主要原因就是为了安全。
随着科学技术的进步,飞行器的速度越来越快。当飞行器在空中高速飞行时,空气逐渐被压缩,会形成一个波面,这个波面在飞行器的速度突破音速时达到极限,此时波面前后的温度与压力差都巨大,飞行器会面临一系列不稳定的状态,且伴随着音噪的,产生巨大的声音,不仅会对周围的物体产生强烈的震动,甚至会破坏飞行飞行器本身,因此在飞行器提速过程中,能清楚知道什么时候达到音速是非常关键的。
众所周知,声音在传播的过程中,会受到各种因素的影响,它的速度并不是固定不变的。比如我们常说音速为340米/秒,其实是在气压为一个标准大气压,温度为15℃时候的速度。当所处的环境发生气压、温度的变化,声音的速度也会发生改变,有可能大于340米/秒或者小于340米/秒。此时再用千米或者公里来描述速度的话,就会有些不准确了。
为了保证飞行器飞行时的安全,现在更多用马赫来表示速度。在飞行器内部一般都设有马赫表,飞行员在飞行时通过对马赫表数据的观测,便能很快了解到飞行器的飞行状况。然后根据情况,做好突破音速的准备。
在如今技术的支持下,普通的战斗机一般都能达到二马赫左右,最高更是能达到六~七马赫左右。可同样作为飞行器,洲际导弹的速度却有二十七马赫,那战斗机的速度为什么不能提高到这种速度呢?
当然,我们这里所说的战斗机主要是载人战斗机,由于内部有飞行员存在,所以势必要考虑飞行员身体能够承受的极限,保证飞行员的身体安全。
在飞行器速度不断提高的过程中,飞行器会面临三个障碍:音障、热障、黑障。当速度达到一马赫时,音障就会出现;当速度超过两个半马赫时,飞行器因高速气流,会引起机体表面温度急剧升高,热障就会出现;当速度进一步增加时,飞行器与空气发生巨大摩擦和挤压,温度迅速升高到2700℃以上,引起大气分子电离,飞行器周围产生一圈等离子体层,吸收反射无线电波,对信号的传输产生影响,严重时射频信号完全中断,飞行器与地面控制中心失去联系,这就是发生了黑障现象。
可以看到不管是哪个障碍节点,对飞行器来说,都是危险致命的存在。如今虽然人类已经克服了音障、热障,但对黑障的研究仍不成熟,因此为了安全考虑,在没有相应的技术前提下,载人战斗机更多还是会维持现有的极限速度。