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老和山下:高速飞行器:飞机速度为啥用「马赫」表示?|2022-06-20

因为带抽风机的涡轮发动机提供的速度有限,而天下武功又是唯快不破,所以在军事对抗上,大伙很快就在把注意力放在了高速飞行器上。

首先一个问题,飞机速度为啥用「马赫」表示?马赫它表示的是速度和音速的比值。马赫这个名字呢,其实是奥地利物理学家恩斯特·马赫(Ernst Mach,1838-1916)的名字,因为是他第一个引用了这个单位,所以后来大家就用他的名字来命名了。可以简答地理解为,多少马赫就是多少倍音速。

很多人不知道,马赫其实不是一个固定的数字。在空气稀薄的万米高空,音速是 295m/s,1 马赫就是 295m/s;在空气稠密的低空,音速则达到了 340m/s,1 马赫就是 340m/s;在没有空气的太空,声音无法传播,所以不能用马赫表示速度。

那为什么算个速度要这么折腾呢?咱们试着用几句话来解释一下:

第一,飞机飞行和发动机运转,会产生很大的声音;

第二,声音传播的本质是空气分子的振动波;

第三,当声源的速度等于声波传输的速度,此时运动方向上的波峰波谷就会无限叠加;

第四,这种无限叠加的振动波会导致空气被极度压缩,压力骤增;

第五,空气中的水蒸气随后被液化成小水滴,也就是大家电视里常看到的围绕飞行器的白雾,并产生音爆;

第六,超音速的瞬间,飞行器像是撞到了一堵用高密度空气筑成的墙上,这种由声波导致空气压缩产生的阻力,学名叫做激波阻力。

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激波阻力骤增骤降,非常考验飞行器的技术含量,而音速不是一个固定值,因此用马赫来表示大气层内飞行器的速度也就顺理成章了。

此外还有因空气摩擦产生的飞行阻力,这股力与空气的密度成正比,与速度的平方成正比,简单点说就是,速度增加一倍,阻力会变大四倍。

激波阻力和飞行阻力一叠加,麻烦大了!如果飞行器全程都在稠密的大气层内飞行,无论导弹还是飞机,速度能超过 5 马赫你就是半仙了!而即便撑到了 5 马赫,那也是拿燃料往发动机里灌出来的,你都能看到油箱里面有一个吸油产生的漩涡!能持续 5 分钟可就是真正的神仙了!

所以,5 马赫,差不多是大气层内低空飞行器的极限,注意,这说的是全程都在低空大气层内飞行的速度极限,那些从高空回来的飞行器超过 5 马赫速度倒也是很正常的。因此,用大气层内的武器去拦截 5 马赫以上的机动目标,成功与否主要取决于祖坟是否冒青烟。

对飞行器来说,空气可真不是个好东西!于是,人们就把主意打到了外太空。

「太空没有重力,轻轻一推就能飞很远?」

大多小盆友一直认为太空没有重力,这让九年义务教育外加三年高中情何以堪!

太空只是没有空气而已,近地轨道的重力和地面差不了多少。失重不是失去重力的意思,而是指飞行器绕地球转圈产生的向心力(俗称离心力)与地球引力相等,这应该不难理解,高中毕过业的你一定能听懂。

所以呢,所谓的太空飞行,实际上就是靠惯性一直在天上飘着,路线是死死的。眼下得人类是不可能在太空实现自由翱翔的,因为这需要海量燃料,多到根本飞不起来。光是把飞行器加速到第一宇宙速度的 7.9 公里每秒,几十上百吨的燃料就没了,如果还想在太空掉个头,就只能请佛祖帮忙了。

举个例子。在大气层内飞行,只要动动机翼,就能来个直角转弯。太空的直角拐弯怎么做呢?飞行器要开启反向发动机,把竖直方向的速度从 7.9km/s 降到 0,与此同时开启横向发动机,把横向速度从 0 加速到 7.9km/s。速度慢一点不行吗?当然可以,但是底下还得开个发动机托着,不然绕圈离心力不足以抵消地球引力,飞行器就会掉下来。

再把这中学知识给那些大学毕业生强调一遍:在太空是没法悬停的,你能做的只有飞速绕地球转圈,让离心力去抵消重力。

所以,速度固然可以飙得很快,可一旦想转弯或减速,你还是会超级怀念空气了。

对于飞行器来讲,赶路的时候最好没有空气,滞空或拐弯的时候最好有空气。哪里能实现这个要求呢?还真有,那里就是大气层边缘,在这里飞行的飞行器,学名叫做临近空间飞行器,简称临空飞行器,因为这货速度通常超过 5 马赫,所以也可以叫超高速飞行器。

这有啥好处呢?标题党老拿速度说事,这仅仅是速度的事儿吗?

你以为单纯的超高速飞行很稀罕吗?洲际导弹速度达到几十马赫它骄傲了吗!临空飞行了不起吗?一枚低配版的火箭就可以太空旅游了,知道吗!所以无论按速度还是按高度算,高速飞行器拍马也追不上弹道导弹。

这肯定有点不妥啊,是哪里不对劲呢?

如果不懂点中段反导的常识,就不明白高速飞行器的意义。

下面简单总结下反导的内容:

 

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