马赫数与音速

马赫数与音速

音速也称声速，物理学上指声波在介质中传播的速度。在空气动力学中，声速是一个十分重要的物理量。气体的流动规律和飞机的气动力特性，在流速（或飞行速度）低于声速和高于声速时大不相同。

第二次世界大战后期，战斗机的最大速度已超过每小时700千米。要进一步提高速度，就碰到所谓的声障问题。声音在空气中传播的速度，受空气温度的影响，数值是变化的。飞行高度不同，大气温度会随着高度而变化，因此当地声速也不同。在101千帕（1标准大气压＝101千帕）情况下，海平面音速为每小时1　227．6千米，在1．1万米的高空是每小时1065．6千米。时速700多千米的飞机，迎面气流在流过机体表面的时候，由于表面各处的形状不同，局部时速可能比700千米大得多。当飞机再飞快一些，局部气流的速度可能就达到声速，产生局部激波，从而使气动阻力剧增。这种声障，曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。每当他们的飞机接近声速时，飞机操纵上都产生奇特的反应，处置不当就会机毁人亡。第二次世界大战后期，英国的“喷火”式战斗机和美国的“雷电”式战斗机，在接近声速的高速飞行时，最早感觉到空气的压缩性效应。在高速飞行的飞机前部，由于局部激波的产生，空气受到压缩，阻力急剧增加。“喷火”式飞机用最大功率俯冲时，速度可达声速的9／10。这样快的速度，已足以使飞机感受到空气的压缩效应。为了更好地表达飞行速度接近或超过当地声速的程度，科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数——马赫数。马赫数是飞行速度与当地声速的比值，简称M数。M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超声速实验，最早发现扰动源在超声速气流中产生的波阵面，即马赫波的存在。M数小于1，表示飞行速度小于声速，是亚声速飞行；M数等于1，表示飞行速度与声速相等；M数大于1，表示飞行速度大于声速，是超声速飞行。