马赫数

马赫数

马赫数是以奥地利物理学家E.马赫的姓命名的,简称M数，表示为：M＝V/a，M数是衡量空气压缩性的最重要的参数（见马赫波）。[3]

名词解释

马赫（英文:Mach number）是表示声速倍数的数，在物理学上一般称为马赫数，是一个无量纲数。一马赫即一倍音速：马赫数小于1者为亚音速，近乎等于1为跨声速，大于1为超声速；一般情况下，若马赫数大于5左右，为超高音速；其值越大，空气（或其它气体）的压缩性影响越显著。马赫数是飞行的速度和当时飞行的音速之比值，大于1表示比音速快，同理，小于1是比音速慢。它是高速流的一个相似参数。我们平时所说的飞机的Mach数是指飞机的飞行速度与当地大气(即一定的高度、温度和大气密度)中的音速之比。比如Ma1.6表示飞机的速度为当地音速的1.6倍。

具体应用

由于马赫数是速度与音速之比值，而音速在不同高度、温度等状态下又有不同数值，因此无法将Ma2.8的数值换算为固定的km/hr或mph等单位。马赫数如果作为速度单位来使用，则必须同时给出高度和大气条件（一般缺省为国际标准大气条件）。

在考虑空气压缩性影响时（一般在Ma0.3以上），经常使用马赫数作为速度单位；不考虑压缩性影响，则应该使用km/h、mph、m/s等单位。飞行器速度在Ma0.3以下可以认为是低速（可以不考虑空气压缩性影响）；速度在Ma0.8以下的为亚音速；在Ma0.8~1.2上下为的跨音速；Ma1.2~5的为超音速、Ma5.0以上的为高超音速。

一般民用飞机飞行速度多为亚音速或高亚音速，军用战斗机可以达到Ma3.0或更高，美国最新高超音速飞机已达到Ma7.0，航天飞机进入大气层可以达到Ma25以上。

马赫一般用于飞机、火箭等航空航天飞行器。由于声音在空气中的传播速度随着不同的条件而不同，因此马赫也只是一个相对的单位，每“一马赫”的具体速度并不固定。在低温下声音的传播速度低些，一马赫对应的具体速度也就低一些。因此相对来说，在高空比在低空更容易达到较高的马赫数。[1]

1947年10月14日，耶格尔驾驶X-1试验飞机在加州南部上空脱离B-29母机，上升到一万二千米高空，并在此高度上达到每小时1078千米的速度，首次突破音障，超过了一马赫。

当马赫数Ma<0.3时，流体所受的压力不足以压缩流体，仅会造成流体的流动。在此状况下，流体密度不会随压力而改变，此种流场称为亚音速流（Subsonic flow），流场可视为不可压缩流场。一般的水流及大气中空气的流动，譬如湍急的河流、台风风场和汽车的运动等，皆属于不可压缩流场。但流体在高速运动（流速接近音速或大于音速）时，流体密度会随压力而改变，此时气体之流动称为可压缩流场（Compressible flow）。当马赫数Ma>1.0，称为超音速流（Supersonic flow），此类流况在航空动力学中才会遇到。[2]

任何超过音速移动的物体会从头部向后产生锥状的能量激波(速度越高锥角越小)，其力量可破坏任何材质的物体，而且会制造高温，因此其体型设计必须限制在锥状激波的范围内，同时要采用高抗热性的材料。

在地表,1马赫的大约速度换算相当于340.3m/s，又大约等同于1225km/h，761.2mph，或者1116ft/s。飞行物在相同的速度下,其马赫数会因所在高度空气的音速不同而有差异;高度越高,音速越低,而使得马赫数越高。

分类

依照马赫数的不同，流体分为几种流况：

不可压缩流

亚音速不可压缩流：M<0.3

可压缩流

亚音速可压缩流：0.3≤M≤0.8

跨音速：0.8≤M≤1.2

超音速：1.2≤M≤5

超高音速：M≥5