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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 Mach1838-1916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/s1 马赫就是 295m/s在空气稠密的低空音速则达到了 340m/s1 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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