马赫是什么意思?1马赫速度到底有多快?相当于每小时多少公里?

“马赫”这个词在飞行员和军事爱好者中可能并不陌生,它是一个用于航空领域中非常重要的速度比值,同时也被用于描述航天器的速度。

说起“马赫”,很多人可能会想到它是用来描述飞机飞行速度的,那么它到底什么意思?

而且超过声速又意味着速度有多快?

马赫速度的概念。

马赫速度指的是物体的速度除以声速,当飞机的速度等于声速时,叫做马赫1,如果飞速的速度是声速的两倍,就是马赫2。

当飞机的飞行速度大于声速,即大于马赫数为1时,就叫做“超音速”,如果飞机的速度大于声速的5倍,就叫做“超高音速”。

大于声速的飞机会产生“隐身”效果,因为当飞机飞行的速度大于声音,空气无法稳定的在飞机旁翼旁流动,那么这样一来,飞机产生的声音也就传不出去,达到隐身效果。

那么马赫速度是如何起名的?

1887年奥托·韦廉·冯·格耳尼克和罗瑟·亨特等科学家对飞机在高速飞行时所受到的空气阻力进行了研究和试验,并且确定这种阻力是与飞机飞行速度的平方成正比的。

在此基础上,美国的物理学家韦尔顿提出一条重要结论:当飞机可探测到的速度超过音速6.9%,飞机就会变成难以控制的状态,称之为“超音速”。

然而,到底是谁定义的音速?

在17世纪和18世纪时,许多物理学家为了研究声波的性质,纷纷进行了研究,包括法国的勒罗兰德、荷兰的霍克、英国的泰范德朗等人都对声波的研究有很大的贡献。

(图1)


他们通过进行多组实验,都得出了相似的结果:在空气中声波的传播速度是每秒340.29米,这个数值就叫做“音速”。

此外,也有人通过实验进行了证实,法国的保罗•贝尼特提出此数值是正确的,于是这个数值就被定为标准的音速。

恩斯特·马赫1956年出生于奥地利的茵斯布鲁克一个富裕商人的家庭,尽管他们家是富人,但是并不鼓励孩子去接受更高的教育,因此他的教育程度也只是初中毕业。

(图2)


早年恩斯特跟随父亲在糖果和水果的商店打工,然而,这一切都在1870年的一场可怕的洪水中发生了改变,在洪水中,许多人不幸遇难,其中就包括恩斯特的父亲和弟弟,而恩斯特则没有在洪水中遇难,这场灾难使得他的人生发生翻天覆地的变化。

(图3)


恩斯特这时已经19岁了,为了维持生计,他只能外出打工,又是一个孤儿,跟许多在社会上流浪的人一样,过的非常苦。

幸运的是,恩斯特为人非常的聪慧,无论走到哪里,都能够被人们的善意所感染,并且帮助他,很快,他在一个农场找到了一份农民的工作,然而这份工作付出的体力很大,收入也很少,然而他却没有放弃学习的机会。

幸运的是,他找到了一位懂法语的农场主,受农场主的帮助,他终于在短短的一年内,掌握了法语,之后,恩斯特又找到了一份在法语系的图书馆工作。

在图书馆工作期间,他学到了很多的知识,并且对物理学非常感兴趣,于是他开始进行物理学的研究,并且在30岁的时候,发表了《常微分方程解的存在和唯一性理论》。

(图4)


在此之后,恩斯特追求的学位非常高,为了在物理学领域再创佳绩,于是他来到维也纳大学学习,而维也纳大学当时正是自由问学团的旗帜,因此他收获了他人生中最重要的一个朋友-弗兰茨•布伦特阿诺特。

(图5)


马赫数,为了纪念恩斯特而来。

众所周知,恩斯特•马赫是一名杰出的物理学家,他不仅在热力学、气体动力学等方面都有着卓越的贡献,同时也是维也纳的大学生物物理学实验室的创始人。

在1890年,恩斯特•马赫在图书馆偶然翻阅一本书,书中提到了声音的传播,而书中也提到了人工飞行的传播速度,这立马吸引了恩斯特的注意。

他研究认为,飞机的速度将无法超过声音,超过声音速度将会发生许多危险的问题,这个结论通过他的实验也进行了验证。

此外,通过调查得知,维也纳外的一座小楼将进行人造飞行的实验,于是他就立马赶了过去,这个小楼上原本只有父子俩,然而到了之后,他发现当地已经被人们围观,此外还有记者对此进行了采访。

(图6)


为了不让记者误导公众,恩斯特将自己的观点进行了阐述:飞机的速度不可能超过声音速度,然而随着记者的不断报道,又有很多人对此表示怀疑。

终于,发明飞机的莱特兄弟发表声明:“他们的飞机速度不仅能够超过声音速度,还能超过马赫数2”。

为了证明自己,莱特兄弟就让飞行员进行了实验:将飞机加速到马赫数2,并且进行飞行,然而由于达到马赫数2的飞机在高空中爆炸了。

(图7)


因此,在飞机高速飞行这方面,马赫数2是无法超过的,此时,马赫数就是为了纪念恩斯特•马赫的贡献而来的。

马赫数在第二次世界大战期间曾大放异彩,当时,许多飞机都出现了升限的问题,因此美国便开始研究超音速飞机,并且通过进行大量的实验,终于将速度提高到了马赫数1.1。

(图8)


然而这个速度依旧无法满足美国政府的需求,于是美国继续投入资金,最终成功研制出了速度为1.5的超音速飞机,而在此速度的基础上,美国又研制出了马赫2的飞机,德国为了迎头赶上,也加大了研发投入,然而到战争结束前,他们依旧没有成功。

(图9)


然而美国却在战争结束后,成功研制出了马赫数6的X-15超快飞机,那么在战争结束后,飞机的速度又有多快?

在当今社会,超过声速的飞机已经普及于全世界,不仅有美国的F-15,F-16,F-18、F-22等飞机,而且俄罗斯的苏联系列战斗机也是马赫数2级别的飞机,同时还有日本的F-2系列战斗机。

F-22战斗机是一种可以进行隐身飞行的战斗机,并且拥有超音速飞行的能力,它是一款非常强大的战斗机,据了解,在一秒内,它就可以达到900多米的速度。

那么,马赫数1意味着什么?

当飞机的速度达到马赫数1时,就是超音速,就意味着飞机的速度大于声速。

飞机飞行的速度大于每小时1234.8千米/小时,这是一个非常巨大的数字,远超人类平时所能接收到的,甚至听到的声音都很难分辨,同时也会发出一道巨大的爆炸声。

(图10)


马赫数高的战斗机有多快。

飞机的速度越快,其对飞行员的身体素质和技术要求也会越高,同时需要发动机的动力也越大,为了让飞行员能够适应更快的速度,各个国家都会为其进行专业的训练,同时为马赫速度,制定了专门的飞行规则。

美国的“雷霆”II战斗机是近几年美国最先进的战斗机,它采用了最先进的隐身技术,而且拥有着超高马赫数,以及非常先进的雷达系统,并且装备了最先进的导弹,这无疑将为美国的防空力量带来了很大的提升。

F-22战斗机是一种全天候作战的飞机,只要有雷达信号,它就能够进行打击。

F-22在速度上也非常牛,它的最高时速为2700多千米/小时,也就是说它的马赫数高达2.2。

F-22战斗机不仅配备了先进的雷达系统,同时还配备了空对空导弹和空地导弹,能够对多种目标进行打击,是一款非常强大的战斗机。

F-22战斗机是一种隐身战斗机,它的气动外形是非常复杂的,不仅能够非常好的隐身,同时还能够保证飞机的高速飞行能力,这一点在它被设计出来时就非常注重。

F-22战斗机在速度上非常快,达到2.2马赫数,在2马赫数时,飞机的速度为2469.6千米/小时,那么我们来算算2.2马赫数意味着多快?

2.2马赫数约为2700多千米/小时。

飞行员在三马赫数左右的速度中可以平稳的驾驶战斗机,速度过快,可能会带来过重的反应,从而让身体感受到巨大的压力。

(图11)


结语

马赫速度的意义不仅在于航空领域,在其他高速运动领域如高速列车、导弹等中也可以得到应用,马赫数的研究,有助于推动飞行器设计和航天技术的发展,从而不断提升速度极限和安全性。

对马赫速度的概念和普及,可以增加公众对航空航天科技的了解和兴趣,同时也可以增加公众的科学素养,促进科学知识的传播和应用。


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