馬赫數:氣流速度與音速之比-中文百科頻道

馬赫數

馬赫數是以奧地利物理學家E.馬赫的姓命名的,簡稱M數，表示為：M＝V/a，M數是衡量空氣壓縮性的最重要的參數（見馬赫波）。

名詞解釋

馬赫（英文:Mach number）是表示聲速倍數的數，在物理學上一般稱為馬赫數，是一個無量綱數。一馬赫即一倍音速：馬赫數小于1者為亞音速，近乎等于1為跨聲速，大于1為超聲速；一般情況下，若馬赫數大于5左右，為超高音速；其值越大，空氣（或其它氣體）的壓縮性影響越顯著。馬赫數是飛行的速度和當時飛行的音速之比值，大于1表示比音速快，同理，小于1是比音速慢。它是高速流的一個相似參數。我們平時所說的飛機的Mach數是指飛機的飛行速度與當地大氣(即一定的高度、溫度和大氣密度)中的音速之比。比如Ma1.6表示飛機的速度為當地音速的1.6倍。

具體應用

由于馬赫數是速度與音速之比值，而音速在不同高度、溫度等狀态下又有不同數值，因此無法将Ma2.8的數值換算為固定的km/hr或mph等單位。馬赫數如果作為速度單位來使用，則必須同時給出高度和大氣條件（一般缺省為國際标準大氣條件）。

在考慮空氣壓縮性影響時（一般在Ma0.3以上），經常使用馬赫數作為速度單位；不考慮壓縮性影響，則應該使用km/h、mph、m/s等單位。飛行器速度在Ma0.3以下可以認為是低速（可以不考慮空氣壓縮性影響）；速度在Ma0.8以下的為亞音速；在Ma0.8~1.2上下為的跨音速；Ma1.2~5的為超音速、Ma5.0以上的為高超音速。

一般民用飛機飛行速度多為亞音速或高亞音速，軍用戰鬥機可以達到Ma3.0或更高，美國最新高超音速飛機已達到Ma7.0，航天飛機進入大氣層可以達到Ma25以上。

馬赫一般用于飛機、火箭等航空航天飛行器。由于聲音在空氣中的傳播速度随着不同的條件而不同，因此馬赫也隻是一個相對的單位，每“一馬赫”的具體速度并不固定。在低溫下聲音的傳播速度低些，一馬赫對應的具體速度也就低一些。因此相對來說，在高空比在低空更容易達到較高的馬赫數。

1947年10月14日，耶格爾駕駛X-1試驗飛機在加州南部上空脫離B-29母機，上升到一萬二千米高空，并在此高度上達到每小時1078千米的速度，首次突破音障，超過了一馬赫。

當馬赫數Ma<0.3時，流體所受的壓力不足以壓縮流體，僅會造成流體的流動。在此狀況下，流體密度不會随壓力而改變，此種流場稱為亞音速流（Subsonic flow），流場可視為不可壓縮流場。一般的水流及大氣中空氣的流動，譬如湍急的河流、台風風場和汽車的運動等，皆屬于不可壓縮流場。但流體在高速運動（流速接近音速或大于音速）時，流體密度會随壓力而改變，此時氣體之流動稱為可壓縮流場（Compressible flow）。當馬赫數Ma>1.0，稱為超音速流（Supersonic flow），此類流況在航空動力學中才會遇到。

任何超過音速移動的物體會從頭部向後産生錐狀的能量激波(速度越高錐角越小)，其力量可破壞任何材質的物體，而且會制造高溫，因此其體型設計必須限制在錐狀激波的範圍内，同時要采用高抗熱性的材料。

在地表,1馬赫的大約速度換算相當于340.3m/s，又大約等同于1225km/h，761.2mph，或者1116ft/s。飛行物在相同的速度下,其馬赫數會因所在高度空氣的音速不同而有差異;高度越高,音速越低,而使得馬赫數越高。