在确定马赫数时,有哪些不同的速度类型?
马赫数是物体速度与声速之比。马赫数用“M”表示。M的公式为v/c,其中v是物体的速度,c是声速,约为330 m/s。声速由于温度、高度等多种因素而变化,因此根据周围环境条件估算“c”的值。
马赫1表示物体以等于声速的速度运动。如果马赫数<1,则表示物体以小于声速的速度运动。例如,马赫0.40表示物体以声速的40%的速度运动,马赫2则表示物体以两倍于声速的速度运动。
借助马赫数,可以对各种状态进行分类。由于速度不同,这些状态具有不同的物理和热力学特性。
这种分类为空气动力学中的许多估算和计算提供了基础,用于确定任务需求或测试新设计。
各种状态包括:
亚音速
此状态包括所有最低马赫数。M<0.8属于亚音速。商用飞机和螺旋桨驱动的小型飞机在这个状态下飞行。
这些飞机具有高纵横比和圆形机头。亚音速时湍流较小,不会产生激波。
跨音速
在这个范围内,马赫数在0.8-1.2之间变化。之所以称为跨音速,是因为飞机不同部位上的气流在亚音速和超音速之间转换。
后掠翼主要用于跨音速飞行。在这个状态下会形成弱激波。
超音速
超音速状态是指飞机上方的气流速度超过马赫1的速度范围。
无论如何,与前缘相遇的自由流首先会减速,以便略大于马赫1,以保证飞机上方的气流是超音速的。
通常认为,超音速范围从超过马赫1.3的速度开始。
设计用于超音速飞行的飞机由于马赫1以上气流行为的根本差异而在空气动力学上表现出巨大的差异。锋利的边缘、尖的机头、薄的翼型等都是这样的变化。
高超音速
速度大于马赫5的物体属于高超音速状态。
会产生强烈且距离较近的激波。由于高粘性力,此状态下的温度非常高,由于空气分子的激发或电离,化学性质会发生变化。
X-15以马赫6.72的速度是速度最快的人驾驶飞机之一。
高高超音速
马赫数范围在10-25之间。NASA X-43是速度最快的飞机之一,马赫数达到9.6。
在这种速度下,热防护非常重要,因为机身会加热到足以使大气中的氧气开始与飞机表面发生反应。
再入速度
再入速度是指物体从外层空间进入大气层的速度。
这些速度大于马赫25。使用烧蚀隔热罩,它可以将热的激波区域从表面剥离,防止其损坏。