Скорость звука, критическая скорость и число Маха. 1 мах это сколько

Физика
1 мах это сколько - Комментарии и отзывы (42) Высокоскоростное обтекание объектов Определение числа Маха Высокоскоростной поток в канале А вот гиперзвуковые летательные аппараты:

m — местное число Маха, а вы — местная скорость потока по сравнению с границей (внутренней, например, объекты, погруженные в поток, внешней, например, каналы). Воздух изменяется в зависимости от квадратного корня из термодинамической температуры.

Хождение за пять Махов

Ультразвуковая скорость «high sonic» — термин, распространенный сегодня в ракетной и авиационной промышленности. Как и «нанотехнологии» повсеместно десять лет назад. Но что такое ультразвук и как его измеряют?

Скорость звука в воздухе уже давно принята в качестве точки отсчета для различных научных и практических измерений. Впервые он был упомянут Аристотелем как достаточно стабильный. Он использовал его для сравнения и характеристики движений тела. Первым человеком в истории, преодолевшим звуковой барьер, был американский летчик-испытатель Чарльз Йегер в 1947 году на экспериментальном самолете Bell X-1. Первый советский пилот, губернатор Олег Соколовский, достиг скорости звука годом позже на своем экспериментальном ЛА-176.

Однако ультразвуковые полеты в середине 20-го века были весьма условны по отношению к сегодняшним данным. LA-176 достиг скорости звука лишь с пологим пикированием, а Bell X-1 поднялся в небо не сам по себе и не с помощью авианосца.

Ультразвук обычно относится к области от 1 до 5 скоростей звука, ну, 5 «звуковых» скоростей и выше. Это «Ультразвук», и сегодня это очень актуально. Однако пока оно встречается чаще, чем ракетное оружие. Пилотируемые и беспилотные самолеты, движущиеся на таких скоростях, являются основными моделями для испытаний.

Наиболее ярким представителем этой категории летательных аппаратов является американский NASA X-43. Это относительно открытое собрание таких тайных военных разработок в России и США, начавшихся в 1950-х годах, в течение первой половины прошлого десятилетия. Однако, чтобы сделать это (как Bell X-1 в 1947 году!) Сначала его подбросили вверх, прикрепив к крылу бомбардировщика B-52, затем с помощью реактивного двигателя увеличили его скорость на 10 секунд, после чего он скользил столько же времени. В конце концов он погрузился в море…

Скорость звука и число Маха

Что касается сверхзвуковых или ультразвуковых скоростей, то начинают появляться странные «совпадения», а не точки (или мили), к которым привыкло большинство людей. Например, «скорость самолета превысила 5,2 Маха». Что это за единица измерения и как вы ее воспринимаете?

Так называемое «число Маха» названо в честь австрийского естествоиспытателя Эрнста Маха. Будучи одним из основателей, погибших вместе с газовой техникой во времена первого летающего «самолета», «небесного ленивца», он не мог предположить, что в конце 1940-х годов истребители достигнут звукового барьера, а появившиеся скоростные установки станут общим местом для Люфтваффе, чье имя.

Максимальное число, или числовое значение М, как его еще называют, — не самая очевидная вещь для понимания. Обычная интерпретация — это «отношение скорости потока в определенной точке газового потока к локальной скорости звука в движущейся среде». Но давайте попробуем объяснить это простым языком: «пальцем». .

Чрезмерно выровненные (и очень неправильные!) метод, единица числа Маха может рассматриваться как скорость звука. Другими словами, один Мах условно равен 340 метрам в секунду или 1224 км/ч. Так, два Маха — это соответственно 680 метров в секунду или 2448 км/ч и т.д. Однако профессор газовой динамики за такое объяснение ударит вас по учебнику. Это связано с тем, что числа Маха не являются скоростями в классическом смысле — в виде расстояний, которые пройдут за определенный промежуток времени. Эта безразмерная единица тесно связана со скоростью звука в воздухе, но учитывает тот факт, что скорость звука непостоянна.

Большинство людей считают, что скорость звука в воздухе составляет 340 метров в секунду. Однако воздух может обладать различными свойствами. И скорость распространения звука в нем меняется! В поверхностном слое скорость действительно составляет 340 метров в секунду, но на высоте около 10 километров, например, из-за разреженного воздуха и низких температур, скорость меняется и составляет уже около 300 метров в секунду.

Чтобы преодолеть наземный звуковой барьер, самолет должен развить скорость 1224 километра в секунду, в то время как скорость 1076 километров на 10 000 метров, то есть 148 километров в секунду. должно произойти. Разница примерно в 13-14% очень велика и важна для инженеров, проектирующих самолет, и пилотов, которые им управляют. Другими словами, 1 Мах — это скорость звука на той высоте и при тех конкретных температурных параметрах, при которых самолет летит «здесь и сейчас».

Для чего нужно измерение скорости в Махах?

Термин «Мах» или «буква m» встречается в показателях удельной скорости пилота. Эти органы часто дополняются приборами для измерения скорости, а язык полета называется «истребитель». Счетчики скорости имеют адаптацию к условным единицам — условно говоря, если игла показывает 1, то самолет будет двигаться со скоростью звука в определенное время и на определенной высоте. Если предположить, что полет проходит низко над землей, то фактическая скорость при числе Маха 1 составит 1224 км/ч на высоте 1076 км/ч.

Но возникает естественный вопрос — зачем пилотам нужны данные о скорости от «Mach»? Дело в том, что момент прохождения звукового барьера связан с резким изменением аэродинамического баланса самолета и требует внимания к управлению. Этот момент точно указывается оборудованием для измерения скорости.

Впоследствии, после «прохождения отряда», это устройство также необходимо для оценки реальной ситуации, как говорится, «в режиме онлайн». Это происходит потому, что, помимо ограничений, связанных со звуком, машина работает совершенно иначе, чем до этого. Наконец, индикация фактической скорости ножа необходима для контроля числа М, указанного создателем самолета в качестве структурного предела прочности.

Однако не все самолеты с «флайерметром» являются таковыми. Фактически, для летных двигателей, не превышающих около 400 км/ч и не более 2-3000 км/ч, перевод скорости в число считается несущественным. Самолеты в области нормальной рабочей скорости очень линейны и предсказуемы.

Да, металл плавится, но не сразу. В целом, проблема не тривиальна (есть варианты, когда кожа разрушается при попадании тепловой энергии), например, образцы покрытия можно увидеть на отрубях.

Скорость звука

Скорость звука A определяется как скорость распространения малого возмущения (тип 1)

где DP — увеличение давления DP — увеличение плотности.

Поскольку процесс распространения малых возмущений можно считать изоэнтропийным (т.е. без теплообмена и потерь)

Скорость звука без учета тепла и потерь

где ρ — давление в среде, н/м2, ρ — плотность среды, кг/м3, R — газовая постоянная, нм/кг 0 К, T — температура, 0 К. k — изотропный экспонент, преобразующий теплоемкость газа при постоянном давлении в теплоемкость при постоянном объеме, определяется

Производные dp/(p x ρ) этих уравнений определяются с учетом следующего соотношения

Экстракт.

Если пренебречь влиянием производной dz / dT, то скорость звука определяется уравнением 2.

Значение скорости звука зависит от притока (или оттока) тепла или механической работы, так как температура газа T может меняться. Однако уравнения 1 и 2 остаются в силе для воздействия на газы, которые не вызывают химических реакций.

Конечно, это можно легко объяснить тем, что изменения плотности и волнового давления можно рассматривать как малые, но конечные величины, в то время как толщина волны δ настолько мала, что ее следует считать минутной.

Таким образом, сила массы, переходящая через звуковую волну, обеспечивает условия, которые на порядки больше, чем изменения плотности или давления.

Критическая скорость

Во многих случаях полезно использовать понятие критической скорости αx, которая относится к локальной скорости, равной скорости звука, вместе со скоростью звука.

Для определения критической скорости используется общее уравнение сохранения энергии

Уравнение энергосбережения

Уравнение критической скорости

где T* — критическая температура.

С другой стороны, скорость a* например, скорость звука, определяется следующими уравнениями.

Из последних двух уравнений имеем

Уравнение для критической скорости

Где.0 — скорость звука в неподвижной среде.

Поэтому скорость звука в воздухе

Уравнение для критической скорости воздуха

Число Маха

Скорость потока пропорциональна скорости звука, а в некоторых случаях даже быстрее.

В таких случаях важной характеристикой потока является отношение скорости потока к скорости звука.

Формула для определения числа Маха выглядит следующим образом

где w — скорость потока в среде, а α — скорость звука.

Число Маха является одним из основных критериев подобия потока для определения явлений сжимаемости. Известно, что при ультразвуковых скоростях свойства потока резко меняются.

Важность числа Маха заключается в том, что оно показывает, превышает ли скорость потока газообразной среды скорость звука.

Действительно, если M > 1, это означает, что поток движется быстрее скорости звука.

Тогда, если M< 1 режим будет называться дозвуковым, а при М >1 — ультразвуковой. Кроме того, это не все потоки жидкости.

Есть еще несколько. Как вы уже знаете, скорости от 1 до 5 Махов называются ультразвуковыми; от 5 до 23 Махов — ультразвуковыми 23 Маха и выше — первая космическая скорость.

Числа Маха являются безразмерными величинами, но для понимания их порядка во многих источниках приводятся в единицах системы СИ. Это означает, что число Маха должно быть в километрах в час.

В этом случае один Мах соответствует 1 199 км/ч или 333 м/с. Обратите внимание, однако, что эти значения достигаются при нормальном атмосферном давлении и нулевой температуре и влажности на поверхности почвы.

Поскольку давление, температура и влажность изменяются на разных высотах от земли, меняется и скорость звука.

Так, например, для истребителя, летящего со скоростью 2,3 Маха или 2 450 км/ч на высоте 18 000 м над землей, 1 Мах будет равен 1065 км/ч или 295 м/с.

Все, что у вас есть (как у страны) — это ненавистное советское наследство (которое, согласно установленному вами примеру, должно быть уничтожено). Когда катастрофа закончилась, оглянуться назад уже не на что. Но пока вы находитесь в государстве нации, вы этого не понимаете и ни о чем не сожалеете.

Максимально упрощённое объяснение числа Маха

Для понимания числа Маха неспециалистами можно очень упрощенно сказать, что арифметическая формула Маха зависит, прежде всего, от высоты полета (чем она больше, тем, соответственно, меньше. Чем больше скорость звука и чем больше число Маха). Число Маха обратно пропорционально фактической скорости воздуха (т.е. скорости, с которой воздух обтекает самолет), поскольку оно делится на скорость звука в данной среде. При давлении 1 бар (на уровне моря на земле) скорость, соответствующая 1 Маху, составляет около 300 м/с или 1100 км/ч, т.е. скорость звука в воздухе. Однако если, например, прибор самолета показывает фактическую скорость 1070 км/ч на высоте 11 000 м, то этот самолет будет двигаться со скоростью более 1 Маха, т.е. сверхзвуковой скоростью.

Такое объяснение нельзя использовать для расчетов скорости или других математических действий в аэродинамике.

См. также

  1. ↑ 1 2 Чёрный Г. Г. Газовая динамика. — М .: Наука, 1988. — С. 53. — 424 с. — ISBN 5–02–013814–2
  2. ↑ Карман Т. Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии / Под ред. А. В. Борисова. — М.–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. — С. 111. — 208 с. — ISBN 5–93972–094–3
  3. ↑ Гудымчук В. Подобие тепловое // Гл. ред. П. Н. Беликов Физический словарь. — М .: ОНТИ НКТП СССР, 1938. — Т. 4. — С. (столбцы) 228–229.
  4. ↑ Мхитарян А. М. Аэродинамика. — М ., 1970. — С. 25. — 446 с. Переиздание:. — М .: Эколит, 2012. — ISBN 978–5–4365–0050–8
  5. ↑ Аржанников Н. С., Мальцев В. Н. Аэродинамика. — М ., 1956. — С. 314. — 484 с. Переиздание:. — М .: Эколит, 2011. — ISBN 978–5–4365–0030–0
Безразмерные величины в физике
Понятия Размерность физической величины · Безразмерная величина · π-Теорема · Критерий подобия
Числа Аббе · Альфвена · Архимеда · Атвуда · Багнольда · Био · Бонда · Бринкмана · Булыгина · Вебера · Вайсенберга · Галилея · Гартмана · Гей-Люссака · Грасгофа · Гретца · Гуше · Дамкёлера · Деборы · Дерягина · Дина · капиллярности · Кармана · Каулинга · Кирпичёва · Клаузиуса · Кнудсена · Коссовича · Коши · Лапласа · Лундквиста · Лыкова · Льюиса · Лященко · Маха · Марангони · Мортона · Нуссельта · Ньютона · Онезорге · Пекле · Поснова · Прандтля (магнитное, турбулентное) · Пуазёйля · Рейнольдса (магнитное) · Ричардсона · Россби · Роуза · Рошко · Руарка · Рэлея · Соре · Стэнтона · Стокса · Струхаля · Стюарта · Суратмана · Тейлора · Уомерсли · Фёдорова (в гидродинамике · в теории сушки) · Фруда · Фурье · Хагена · Чандрасекара · Шмидта · Шервуда · Эйлера · Эккерта · Экмана · Элсассера · Этвёша

Фонд Викимедиа. 2010.

Полезное

Смотреть что такое «Число Маха» в других словарях:

Число мах — мах, отношение скорости тела или текучей среды (газа или жидкости) к скорости звука в окружающей среде. Таким образом, число Маха, равное 1, представляет собой местную скорость звука. Самолеты, летящие со скоростью менее 1 Маха, можно найти на сайте ….. … Считается научно-техническим энциклопедическим словарем

Число Маха — (m) Безразмерная величина, равная отношению между местной скоростью газа и скоростью звука. ГОСТ 23199 78 ГОСТ 23281 78 Аэродинамический выпуск самолетов общая терминология характеристики газового потока EL число Маха … Справочник технического переводчика.

Число Маха является одной из основных характеристик газового потока и равно отношению скорости потока к скорости звука A в той же точке потока: m = u/a. Оно используется для описания движения тела в газе. В этом случае число Маха равно отношению между скоростью тела и судьбой имени. Справочные словари.

Число Маха — 3.5.7 Число Маха (число Маха): отношение скорости сферы к местной скорости звука в воздухе. Источник… Словарь стандартизированных терминов и технических документов.

Число Маха — авиационное число Маха, число Маха, скорость звука скорость тела скорость … I. Глобальный практический словарь MostingkyDictionary

В следующей таблице показан режим или область номера Маха и чистое значение лежащего в его основе слова и ультразвука.

Практические данные

Приведенные выше оценки показывают важность числа Маха, но на практике все гораздо сложнее.

Различают следующие скоростные режимы

Диета Мах км / ч РС Общие характеристики самолета Примеры объектов на этих скоростях
Дозвуковой Винтовые и коммерческие самолеты Автомобиль, Cessna 182, авиалайнеры (крейсерская скорость: A380, A320neo, 747. )
Трансзвуковой 0,8-1,2 980-1475 270-410 Слегка положительный угол стрелы Авиалайнер (максимальная скорость)
Сверхзвуковой 1.0-5.0 1 230-6 150 340-1 710 Более острые края Конкорд, ракета Астра, СР-71
Гиперзвуковой 5.0-10.0 6 150–12 300 1 710–3415 Охлаждаемое никелево-титановое покрытие, очень компактная форма, маленькие крылья Экспериментальный самолет: X-43, ракета Ariane 5
Гиперзвуковой «высокий» 10,0-25,0 12 300-30 740 3 415-8 465 Термокремнеземная плитка МКС, противоракетная ракета
Атмосферная скорость входа в атмосферу > 25,0 > 30 740 > 8 465 Абляционный тепловой экран, без крыльев, форма космической капсулы Возвращаемая в атмосферу капсула, Челябинский метеор

При числах Маха ниже 0,3 коэффициент сжатия воздуха пренебрежимо мал (в этом случае изменение плотности со скоростью составляет около 5%). В аудио случае нет естественной реальности, ранее установленной как предел между подкожным и ультразвуковым. На его месте находится довольно большая переходная зона, называемая зоной аркадии, где это явление особенно сложно. В ультразвуке конус Маха, учитываемый для точечных препятствий, является лишь упрощенным представлением ударной волны (или двух ударных волн, создающих двойной удар) вблизи реального препятствия. Ультразвуковая функция — это область физико-химических явлений.

Оцените статью
Uhistory.ru