在確定馬赫數時,有哪些不同的速度型別?
馬赫數是物體速度與聲速之比。馬赫數用“M”表示。M的公式為v/c,其中v是物體的速度,c是聲速,約為330 m/s。聲速由於溫度、高度等多種因素而變化,因此根據周圍環境條件估算“c”的值。
馬赫1表示物體以等於聲速的速度運動。如果馬赫數<1,則表示物體以小於聲速的速度運動。例如,馬赫0.40表示物體以聲速的40%的速度運動,馬赫2則表示物體以兩倍於聲速的速度運動。
藉助馬赫數,可以對各種狀態進行分類。由於速度不同,這些狀態具有不同的物理和熱力學特性。
這種分類為空氣動力學中的許多估算和計算提供了基礎,用於確定任務需求或測試新設計。
各種狀態包括:
亞音速
此狀態包括所有最低馬赫數。M<0.8屬於亞音速。商用飛機和螺旋槳驅動的小型飛機在這個狀態下飛行。
這些飛機具有高縱橫比和圓形機頭。亞音速時湍流較小,不會產生激波。
跨音速
在這個範圍內,馬赫數在0.8-1.2之間變化。之所以稱為跨音速,是因為飛機不同部位上的氣流在亞音速和超音速之間轉換。
後掠翼主要用於跨音速飛行。在這個狀態下會形成弱激波。
超音速
超音速狀態是指飛機上方的氣流速度超過馬赫1的速度範圍。
無論如何,與前緣相遇的自由流首先會減速,以便略大於馬赫1,以保證飛機上方的氣流是超音速的。
通常認為,超音速範圍從超過馬赫1.3的速度開始。
設計用於超音速飛行的飛機由於馬赫1以上氣流行為的根本差異而在空氣動力學上表現出巨大的差異。鋒利的邊緣、尖的機頭、薄的翼型等都是這樣的變化。
高超音速
速度大於馬赫5的物體屬於高超音速狀態。
會產生強烈且距離較近的激波。由於高粘性力,此狀態下的溫度非常高,由於空氣分子的激發或電離,化學性質會發生變化。
X-15以馬赫6.72的速度是速度最快的人駕駛飛機之一。
高高超音速
馬赫數範圍在10-25之間。NASA X-43是速度最快的飛機之一,馬赫數達到9.6。
在這種速度下,熱防護非常重要,因為機身會加熱到足以使大氣中的氧氣開始與飛機表面發生反應。
再入速度
再入速度是指物體從外層空間進入大氣層的速度。
這些速度大於馬赫25。使用燒蝕隔熱罩,它可以將熱的激波區域從表面剝離,防止其損壞。