การวัดความเร็วในการแกว่ง เดินในห้าชิงช้า มัคมีกี่กิโลเมตรต่อวินาที


เสียงเดินทางผ่านอากาศด้วยความเร็ว 1,224 km \\ h เครื่องบินสามารถเอาชนะตัวบ่งชี้ความเร็วนี้ได้เป็นเวลานาน อีกหนึ่งแนวหน้าที่ท้าทายสำหรับวิศวกรในเวลานั้นคือการเอาชนะความเร็วของ Mach 2 หรือ 2,448 km / h และสายนี้ได้ถูกถ่าย จนถึงปัจจุบันเขาสามารถเอาชนะเครื่องบินมากกว่าหนึ่งลำได้ ส่วนใหญ่มีวัตถุประสงค์ทางทหารอย่างไรก็ตามอุปกรณ์การวิจัยยังคงเป็นผู้ถือครองสถิติที่รวดเร็ว

1. Su-27


เครื่องบินโซเวียต Su-27 มีความเร็วถึง Mach 2.3 หรือ 2876.4 km / h เครื่องบินมีสองเครื่องยนต์และระบบควบคุมไฟฟ้า ในคราวเดียวรถคันนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อลดน้ำหนักให้กับ American F-15 Eagle อย่างไรก็ตามถึงแม้อายุ 35 ปี Su-27 ยังคงเป็นเครื่องจักรที่แท้จริงและทำงานอยู่

2. General Dynamics F-111


เครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธวิธีที่มีความเร็วถึงมัค 2.5 (3060 km \\ h) เครื่องถูกสร้างขึ้นในปี 1998 มันสามารถยกขึ้นไปในอากาศได้ถึง 14,300 กิโลกรัม มันมีทั้งระเบิดธรรมดาและระเบิดนิวเคลียร์ นี่เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญมาก!

3. McDonnell Douglas F-15 Eagle


นักสู้ทุกสภาพอากาศของการผลิตในอเมริกา ไม่มีปัญหาจะถึงความเร็ว 3065 km \\ h ในขณะที่อยู่ในอากาศ จากข้อมูลล่าสุดเพนตากอนคาดว่าเครื่องนี้จะยังคงให้บริการจนถึงปี 2568 และหลังจากนั้นคาดว่าจะเปลี่ยนเป็นสิ่งที่สมบูรณ์แบบมากขึ้น

4. Mig 31


เครื่องบินในประเทศซึ่งต้องขอบคุณเครื่องยนต์ที่ทรงพลังอย่างเหลือเชื่อสองชิ้นนั้นมีความเร็วถึง Mach 2.83 ซึ่งก็คือ 3463.92 km / h โดยวิธีการที่อุปกรณ์สามารถบรรลุความเร็วเหนือเสียงทั้งที่ระดับความสูงต่ำและสูง

5. XB-70 วาลคิรี


ลูกอีกคนของสงครามเย็น ด้วยมวล 240 ตัน XB-70 Valkyrie มีความเร็วถึง Mach 3 หรือ 3,672 km / h เขาทำสิ่งนี้ทั้งหมดด้วยความช่วยเหลือจากเครื่องยนต์ที่ทรงพลังหกตัวของเขา ความเร็วนี้ถูกมอบให้กับเครื่องบินเพื่อหลบหนีไม่เพียง แต่จากอุปกรณ์รับสัญญาณของสหภาพโซเวียตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพื้นที่ระเบิดนิวเคลียร์ด้วย และทั้งหมดเป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ระยะ 6900 กม.

6. Bell X-2 Starbuster


เครื่องบินอเมริกาอีกลำ - คราวนี้ไม่ใช่เครื่องบินทหาร แต่เป็นเครื่องบินทดลอง เร่งเป็น 3911.9 km \\ h เที่ยวบินแรกของรถยนต์เกิดขึ้นในปี 1954 โปรแกรมถูกลดทอนหลังจากเหตุการณ์การทดสอบ

7. MiG-25


ดักของหน่วยข่าวกรองอเมริกัน นั่นคือวิธีที่ MiG-25 วางตำแหน่งในเวลานั้น ความเร็วสูงสุดของรถคันนี้สูงกว่าความเร็วเสียง 3.2 เท่าและ 3916.8 km \\ h แดกดันไม่ใช่แมวมองตัวเดียวที่ถูกสกัดกั้นเมื่อวันที่ 25 ตลอดเวลา แต่เขาได้แสดงให้เห็นอย่างสมบูรณ์แบบในความขัดแย้งที่ติดอาวุธหลายครั้ง

8. ล็อกฮีด YF-12


เครื่องบินลำนี้ต้องไม่สับสนกับนกแบล็กเบิร์ด เครื่องนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นโดยเฉพาะเพื่อเป็นต้นแบบสำหรับการใช้โหมดความเร็วสูงใหม่ในอากาศ ความเร็วสูงสุดคือ Mach 3.35 หรือ 4100 km \\ h

9. SR-71 Blackbird


SR-71 Blackbird ที่ไม่เป็นการรบกวนซึ่งให้บริการกับกองทัพอากาศสหรัฐฯได้ถูกส่งมอบให้กับองค์การนาซ่าเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในเวลาต่อมา รวมเป็น 32 โดยวิธีการนี้เป็นเครื่องบินลักลอบแรก ความเร็วสูงสุดคือ 4102.8 km \\ h

10. อเมริกาเหนือ X-15


เครื่องบินที่เร็วที่สุดในโลก ความเร็วสูงสุดบนท้องฟ้าถึง 6.7 Mach (8,200 km \\ h) เครื่องถูกสร้างขึ้นโดยทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์

มีสิ่งที่น่าสนใจมากมายในโลกนี้ และก็น่ากลัวเช่นกัน อย่างน้อยนี่ก็เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะเรียนรู้กับแต่ละคน

ในสภาพแวดล้อมที่เคลื่อนไหว - ได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อเอิร์นส์มัค (เยอรมัน: E. Mach)

ประวัติความเป็นมา

ชื่อ เลขมัค  และการกำหนด M  เสนอในปี 1929 โดย Jacob Akkeret ก่อนหน้านี้ในวรรณคดีชื่อ หมายเลข Burstow (Bairstowการกำหนด    B a (\\ displaystyle (\\ mathsf (Ba)))) และในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์หลังสงครามของโซเวียตและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในตำราเรียนของโซเวียตในปี 1950 - ชื่อ หมายเลข Maievsky (มัค - หมายเลข Maievsky) โดยชื่อของผู้ก่อตั้งโรงเรียนวิทยาศาสตร์ขีปนาวุธของรัสเซียโดยใช้ปริมาณนี้พร้อมกับการกำหนดนี้    M (\\ displaystyle (\\ mathsf (M)))  ใช้โดยไม่มีชื่อพิเศษ

เลขมัคในพลศาสตร์ของแก๊ส

เลขมัค

   M \u003d v a, (\\ displaystyle (\\ mathsf (M)) \u003d (\\ frac (v) (a)),)

ที่ไหน    v (\\ displaystyle v)  คืออัตราการไหลและ    a (\\ displaystyle a)  - ความเร็วของเสียง

เป็นตัวชี้วัดของอิทธิพลของความสามารถในการบีบอัดของตัวกลางในการไหลของความเร็วที่กำหนดต่อพฤติกรรมของมัน: มันเกิดจากสมการสถานะของแก๊สอุดมคติที่การเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความหนาแน่น (ที่อุณหภูมิคงที่) เป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของความดัน:

d ρρ ∼ d p p, (\\ displaystyle (\\ frac (d \\ rho) (\\ rho)) \\ sim (\\ frac (dp) (p)),)

จาก Bernoulli กฎหมายความดันแตกต่างในการไหล    d p \u200b\u200b∼ ρ v 2 (\\ displaystyle dp \\ sim \\ rho v ^ (2))นั่นคือการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในความหนาแน่น:

   d ρρ ∼ d p p ∼ ρ v 2 p (\\ displaystyle (\\ frac (d \\ rho) (\\ rho)) \\ sim (\\ frac (dp) (p)) \\ sim (\\ frac (\\ rho v ^ (2)) (p)))

เพราะความเร็วของเสียง    a ∼ p / ρ (\\ displaystyle a \\ sim (\\ sqrt (p / \\ rho))ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นสัมพัทธ์ในกระแสแก๊สจะแปรผันตามกำลังสองของเลขมัค:

   d ρρ ∼ v 2 a 2 \u003d M 2 (\\ displaystyle (\\ frac (d \\ rho) (\\ rho)) \\ sim (\\ frac (v ^ (2)) (a ^ (2))) \u003d (\\ mathsf (M)) ^ (2))

นอกเหนือจากหมายเลขมัคแล้วยังใช้คุณลักษณะอื่นของอัตราการไหลของก๊าซแบบไร้มิติด้วย:

ตัวคูณความเร็ว

   λ \u003d vv K \u003d γ + 1 2 M (1 + γ - 1 2 M 2) - 1/2 (\\ displaystyle \\ lambda \u003d (\\ frac (v) (v_ (K))) \u003d (\\ sqrt (\\ frac (\\ gamma +1) (2)) (\\ mathsf (M)) \\ left (1 + (\\ frac (\\ gamma -1) (2)) (\\ mathsf (M)) ^ (2) \\ right) ^ (- 1/2))

และความเร็วที่ไร้มิติ

   Λ \u003d vv max \u003d γ - 1 2 M (1 + γ - 1 2 M 2) - 1/2, (\\ displaystyle \\ Lambda \u003d (\\ frac (v) (v _ (\\ max))) \u003d (\\ sqrt ( \\ frac (\\ gamma -1) (2)) (\\ mathsf (M)) \\ left (1 + (\\ frac (\\ gamma -1) (2)) (\\ mathsf (M)) ^ (2) \\ v K (\\ displaystyle v_ (K))

ที่ไหน   - ความเร็วที่สำคัญ   v max (\\ displaystyle v _ (\\ max))

  - ความเร็วสูงสุดในแก๊ส   γ \u003d c p c v (\\ displaystyle \\ gamma \u003d (\\ frac (c_ (p)) (c_ (v)))   คือดัชนีของแก๊ส adiabat เท่ากับอัตราส่วนของความจุความร้อนจำเพาะของก๊าซที่ความดันคงที่และปริมาตรตามลำดับ ความสำคัญของเลขมัค

ความสำคัญของเลขมัคอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ระบุว่าความเร็วของสื่อกลางของก๊าซ (หรือการเคลื่อนที่ของก๊าซในร่างกาย) เกินความเร็วของเสียงหรือไม่ โหมดการเคลื่อนไหวเหนือเสียงและแบบเปรี้ยงปร้างมีความแตกต่างพื้นฐาน สำหรับการบินความแตกต่างนี้แสดงให้เห็นในความจริงที่ว่าภายใต้การปกครองเหนือเสียงเหนือชั้นของการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญอย่างรวดเร็วในพารามิเตอร์การไหล (คลื่นช็อก) เกิดขึ้นนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความต้านทานของร่างกายในระหว่างการเคลื่อนไหวความเข้มข้นของความร้อน

คำอธิบายที่ง่ายมากของหมายเลขมัค

เพื่อให้เข้าใจหมายเลขมัคโดยผู้ที่ไม่ใช่ผู้ชำนาญนั้นเป็นเรื่องง่ายมากที่จะกล่าวว่าการแสดงออกเชิงตัวเลขของตัวเลขมัคนั้นขึ้นอยู่กับระดับความสูงของเที่ยวบินเป็นอันดับแรก

ด้านล่าง   ความเร็วของเสียงและ สูงกว่า {!LANG-1df5df085b6587257c958552e2fa0807!} หมายเลขมัค) เลขมัคคือความเร็วที่แท้จริงในการไหลของสสาร (นั่นคือความเร็วที่อากาศไหลไปรอบ ๆ ตัวอย่างเช่นเครื่องบิน) หารด้วยความเร็วของเสียงในสสารนี้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ความเร็วของโลกที่หมายเลขมัคเท่ากับ 1 จะอยู่ที่ประมาณ 340 m / s (ความเร็วที่ผู้คนประมาณระยะทางจากพายุฝนฟ้าคะนองที่ใกล้เข้ามาโดยวัดเวลาจากฟ้าผ่าของสายฟ้าไปจนถึงฟ้าร้องที่กำลังจะมาถึง) หรือ 1224 km / h ที่ระดับความสูง 11 กม. เนื่องจากอุณหภูมิลดลงความเร็วของเสียงจะลดลง - ประมาณ 295 m / s หรือ 1,062 km / h

คำอธิบายดังกล่าวไม่สามารถใช้สำหรับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ของความเร็วหรือการดำเนินการทางคณิตศาสตร์อื่น ๆ ในอากาศพลศาสตร์

  (Bairstow การกำหนด \\ mathsf (Ba)) และในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์หลังสงครามของโซเวียตและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในตำราเรียนของโซเวียตหนึ่งพันเก้าร้อยและห้าสิบ - ชื่อ หมายเลข Maievsky (มัค - หมายเลข Maievsky) โดยชื่อของผู้ก่อตั้งโรงเรียนวิทยาศาสตร์ขีปนาวุธของรัสเซียโดยใช้ปริมาณนี้พร้อมกับการกำหนดนี้ \\ mathsf (M)  ใช้โดยไม่มีชื่อพิเศษสิ่งเหล่านี้เป็นอาการพิเศษของแคมเปญ "การต่อสู้กับความเป็นสากล"

เลขมัคในพลศาสตร์ของแก๊ส

เลขมัค

\\ mathsf (M) \u003d \\ frac (v) (a),

ที่ไหน โวลต์  คืออัตราการไหลและ   - ความเร็วของเสียง

เป็นตัวชี้วัดของอิทธิพลของความสามารถในการบีบอัดของตัวกลางในการไหลของความเร็วที่กำหนดต่อพฤติกรรมของมัน: มันเกิดจากสมการสถานะของแก๊สอุดมคติที่การเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความหนาแน่น (ที่อุณหภูมิคงที่) เป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของความดัน:

\\ frac (d \\ rho) (\\ rho) \\ sim \\ frac (dp) (p),

จาก Bernoulli กฎหมายความดันแตกต่างในการไหล dp \\ sim \\ rho v ^ 2นั่นคือการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในความหนาแน่น:

\\ frac (d \\ rho) (\\ rho) \\ sim \\ frac (dp) (p) \\ sim \\ frac (\\ rho v ^ 2) (p)

เพราะความเร็วของเสียง a \\ sim \\ sqrt (p / \\ rho)ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นสัมพัทธ์ในกระแสแก๊สจะแปรผันตามกำลังสองของเลขมัค:

\\ frac (d \\ rho) (\\ rho) \\ sim \\ frac (v ^ 2) (a ^ 2) \u003d \\ mathsf (M) ^ 2

นอกเหนือจากหมายเลขมัคแล้วยังใช้คุณลักษณะอื่นของอัตราการไหลของก๊าซแบบไร้มิติด้วย:

ตัวคูณความเร็ว

\\ lambda \u003d \\ frac (v) (v_K) \u003d \\ sqrt (\\ frac (\\ gamma + 1) (2)) \\ mathsf (M) \\ left (1+ \\ frac (\\ gamma-1) (2) \\ mathsf (M) ^ 2 \\ right) ^ (- 1/2)

และความเร็วที่ไร้มิติ

\\ Lambda \u003d \\ frac (v) (v_ \\ max) \u003d \\ sqrt (\\ frac (\\ gamma-1) (2)) \\ mathsf (M) \\ left (1+ \\ frac (\\ gamma-1) (2) \\ mathsf (M) ^ 2 \\ right) ^ (- 1/2),

ที่ไหน v_K   v max (\\ displaystyle v _ (\\ max))

v_ \\ max   γ \u003d c p c v (\\ displaystyle \\ gamma \u003d (\\ frac (c_ (p)) (c_ (v))) \\ gamma \u003d \\ frac (c_p) (c_v) ความสำคัญของเลขมัค

ความสำคัญของเลขมัค

คำอธิบายที่ง่ายมากของหมายเลขมัค

เพื่อให้เข้าใจหมายเลขมัคโดยผู้ที่ไม่ใช่ผู้ชำนาญนั้นเป็นเรื่องง่ายมากที่จะกล่าวว่าการแสดงออกเชิงตัวเลขของตัวเลขมัคนั้นขึ้นอยู่กับระดับความสูงของเที่ยวบินเป็นอันดับแรก

ด้านล่าง   ความเร็วของเสียงและ สูงกว่า {!LANG-1df5df085b6587257c958552e2fa0807!}  หมายเลขมัค) หมายเลขมัคคือความเร็วที่แท้จริงในสตรีม (นั่นคือความเร็วที่อากาศไหลเวียนเช่นเครื่องบิน) หารด้วยความเร็วของเสียงในสื่อเฉพาะดังนั้นความสัมพันธ์จึงแปรผันตามสัดส่วน ที่พื้นดินความเร็วที่สอดคล้องกับมัค 1 จะอยู่ที่ประมาณ 340 ม. / วินาที (ความเร็วที่ผู้คนมักพิจารณาระยะทางของพายุฝนฟ้าคะนองใกล้เข้ามาโดยการวัดเวลาจากแสงสายฟ้าไปจนถึงฟ้าร้องที่กำลังมา) หรือ 1224 กม. / ชม. ที่ระดับความสูง 11 กม. เนื่องจากอุณหภูมิลดลงความเร็วของเสียงจะลดลง - ประมาณ 295 m / s หรือ 1,062 km / h

คำอธิบายดังกล่าวไม่สามารถใช้สำหรับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ของความเร็วหรือการดำเนินการทางคณิตศาสตร์อื่น ๆ ในอากาศพลศาสตร์

ดูเพิ่มเติม

เขียนคำวิจารณ์ในบทความ "Mach Number"

วรรณกรรม

  • หมายเลข Mach // สารานุกรมทางกายภาพ - M .: สารานุกรมโซเวียต, 1988
  • GOST 25431-82 ตารางแรงกดดันแบบไดนามิกและอุณหภูมิเบรกอากาศขึ้นอยู่กับหมายเลขมัค

บันทึก

เอิร์นส์มัค นักอุดมคติที่มีความโน้มเอียงที่เป็นรูปธรรม :-)

ในบทความสั้น ๆ ของวันนี้เราจะไปที่ฐานทางทฤษฎีเล็กน้อยและสัมผัสกับหนึ่งในลักษณะที่สำคัญที่สุดของเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วสูงรวมถึงความเร็วเหนือเสียง

ความเร็วเหนือเสียงและ เลขมัค... แนวคิดสองข้อนี้มีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดและในยุคของเราอาจมีคนไม่มากนักที่ไม่เคยได้ยิน หมายเลข M. คำนี้มักจะมาพร้อมกับลักษณะของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงใด ๆ (และแม้แต่ความเร็วสูง) และตอนนี้มีเครื่องบินจำนวนมากในโลกและจำนวนของพวกเขาที่ฉันคิดว่าไม่น่าจะลดลง :-)

แต่ไม่นานที่ผ่านมาทฤษฎีของกระแสเหนือเสียงเป็นเพียงทฤษฎียิ่งไปกว่านั้นเพียงทำตามขั้นตอนแรกเท่านั้น มันเริ่มได้มาเพียงรากฐานพื้นฐานเมื่อประมาณ 140 ปีที่แล้วเมื่อนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาชาวเยอรมันเอิร์นส์มัคเริ่มศึกษากระบวนการพลศาสตร์ในช่วงการเคลื่อนไหวเหนือเสียงของร่างกาย ในเวลานั้นเขาค้นพบและตรวจสอบปรากฏการณ์ของอากาศพลศาสตร์ของความเร็วเหนือเสียงซึ่งภายหลังได้รับชื่อของพวกเขาในเกียรติของเขา ในหมู่พวกเขาและ เลขมัค.

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือในวิทยาศาสตร์โซเวียต (และในวรรณคดีวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนสงครามและทันทีหลังจากนั้น) คำนี้มักใช้โดยไม่ต้องถอดรหัส (เพียงหมายเลข M คำว่า "Mach" ไม่ได้ใช้) หรือใช้นามสกุลที่สอง - Maievsky . นั่นคือ หมายเลขมัค - Maievsky.

ทั้งหมดนี้เป็นผลมาจากสภาพอุดมการณ์ของเราในขณะนั้น เอิร์นส์มัคในมุมมองทางปรัชญาของเขา (ในคำพูดของ V.I. เลนินเป็น "นักอุดมคติเชิงอัตวิสัย") ไม่สอดคล้องกับกรอบแนวคิดปรัชญาของมาร์กซ์ - เลนินนิสต์และ N.V. Mayevsky เป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ปัญหาของขีปนาวุธภายนอก

กระสุนภายนอก  - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาการเคลื่อนไหวของร่างกายหลังจากที่พวกเขาออกจากอุปกรณ์ที่ให้การเคลื่อนไหวนี้แก่พวกเขานั่นคือการบินของกระสุนหลังจากที่มันออกจากกระบอกปืนใหญ่ กระสุนออกมาด้วยความเร็วสูงมากรวมถึงความเร็วเหนือเสียง

มันค่อนข้างเป็นธรรมชาติที่ N.V. Maievsky ในการวิจัยและพัฒนาของเขา (ขั้นสูงสำหรับเวลาของเขาและต่อมากลายเป็นพื้นฐาน) ดำเนินการบนแนวคิดคล้าย เลขมัคและประมาณ 15 ปีก่อนหน้าคู่หูชาวเยอรมันของเขา

และสิ่งที่สำคัญที่สุด (สำหรับอุดมการณ์อย่างเป็นทางการ :-)) คือนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียไม่ใช่นักปรัชญา🙂และไม่มีมุมมองที่ขัดแย้งกับวิทยาศาสตร์ของลัทธิมาร์กซ์ - เลนินนิสต์ ...

อย่างไรก็ตามอาจเป็นไปได้ว่าในวันนี้บางทีคำจำกัดความที่สำคัญที่สุดสำหรับเสียงเหนือเสียงคือชื่อ (หรือชื่อนามสกุล :-)) ของ บริษัท เยอรมัน Ernst Mach และในตัวของมันเองคำนี้หยุดยาวที่จะเป็นเพียงนามสกุล มัคเขาเป็นมัค🙂 ความเร็วเท่านั้นบินเท่านั้น ...

อย่างไรก็ตามให้เรากลับไปที่เฉพาะเจาะจง นี่คืออะไรมากที่สุด หมายเลข Mและทำไมมันถึงจำเป็นในการบิน? ท้ายที่สุดผู้คนก็บินไปหาตัวเองก่อนหน้านี้ด้วยความเร็วเปรี้ยงปร้างโดยไม่ต้องมีตัวเลขมัคและแม้แต่ตอนนี้เครื่องบินส่วนใหญ่บนโลกก็ยังคงเปรี้ยงปร้าง อย่างไรก็ตามไม่ใช่ว่าทุกอย่างจะง่ายเหมือนที่ดู :-)

ในระหว่างเที่ยวบินใด ๆ ของอุปกรณ์ที่หนักกว่าอากาศหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดคือ มีวิธีมากมายในการวัดความเร็วในวันนี้โดยทั่วไป :-) ตัวอย่างเช่นพารามิเตอร์ของการเคลื่อนไหวของเครื่องบินที่สัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมทางอากาศสามารถวัดได้ด้วยวิธีต่อไปนี้: อัลตราโซนิก, อุณหพลศาสตร์, ความร้อน, กังหัน, เกจ

และ (นั่นคือความเร็วเทียบกับพื้นดิน) สามารถวัดได้โดย Doppler, ความสัมพันธ์, วิธีการฉายรังสีเช่นเดียวกับวิธีการมองเห็นพื้นผิวโลก

แต่วิธีการพูดที่เรียบง่ายและสมเหตุสมผลที่สุดมีการใช้มานานและดังนั้นจึงมีการพัฒนาตามหลักอากาศพลศาสตร์และคุ้นเคยตามหลักอากาศพลศาสตร์ ด้วยความช่วยเหลือของมันทำให้เครื่องบินของเครื่องบินมีการวัดและ เลขมัค.

อย่างไรก็ตามวิธีนี้มีข้อเสียบางอย่าง หลักการของมันค่อนข้างเรียบง่ายและเรากำลังพูดถึงมันอยู่แล้ว อากาศที่วิ่งบนเครื่องบินอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่มีพลังงานจลน์หรือแรงดันความเร็วสูง ρV² / 2).

เมื่อเข้าไปในตัวรับแรงดันอากาศ (หรือ) มันจะถูกเบรกและความดันจะเปลี่ยนเป็นความดันบนเมมเบรนของอุปกรณ์ตัวชี้ ยิ่งเครื่องบินบินได้เร็วเท่าไหร่ก็จะยิ่งมีแรงกดดันมากขึ้นเท่านั้นความเร็วของลูกศรของอุปกรณ์ก็จะยิ่งแสดงมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือดูเหมือนว่าทุกอย่างเป็นไปตามบันทึก

แต่มี :-) ในขณะที่เครื่องบินไม่บินเร็วมาก (สูงถึงประมาณ 400 กม. / ชม.) และไม่สูงเกินไป (หลายพันถึง 2, 3) ทุกอย่างแผ่ออกไปอย่างเรียบง่ายและเป็นธรรมชาติ แล้วโน้ตก็เริ่มโกหก :-) ...

อากาศโต้ตอบกับพื้นผิวอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบินดังนั้นการกำหนดพารามิเตอร์การบิน และพารามิเตอร์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของสถานะของอากาศเช่นก๊าซซึ่งแน่นอนขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่มีปริมาณของก๊าซอยู่

ตัวอย่างเช่นพวกเขาล้มลงด้วยความสูง และยิ่งความหนาแน่นลดลงส่วนล่างจะเป็นหัวแรงดันซึ่งการไหลที่เข้ามาจะกดลงบนเมมเบรนของตัวบ่งชี้ความเร็ว

นั่นคือปรากฎว่าหากอุปกรณ์ในห้องนักบินแสดงความเร็วเท่ากันที่ระดับความสูงเช่น 2000 ม. และ 10,000 ม. () จากนั้นในความเป็นจริงนี่หมายความว่าระนาบนี้อยู่ที่ 10,000 ม. เทียบกับอากาศ (และโลกแน่นอนด้วย: - )) เลื่อนเร็วกว่า () ทั้งหมดเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าอากาศที่ระดับความสูงนั้นได้ถูกทำให้บริสุทธิ์

ยิ่งกว่านั้นสิ่งนี้ยังไม่มากพอที่จะวางไว้อย่างนุ่มนวลสะดวกสำหรับเที่ยวบินเช่นการบีบอัด อากาศเป็นก๊าซและเช่นเดียวกับก๊าซใด ๆ มันสามารถถูกบีบอัดได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการดังนั้นการเปลี่ยนพารามิเตอร์สถานะ เงื่อนไขดังกล่าวจะปรากฏขึ้นเมื่อไหลไปรอบ ๆ พื้นผิวอากาศพลศาสตร์ที่ความเร็วการบินที่สูงเพียงพอ (อย่างเป็นทางการการนับถอยหลังเริ่มต้นที่ 400 กม. / ชม.)

อากาศจะกลายเป็นสื่อที่เป็นเนื้อเดียวกันเหมือนกันทุกทิศทางไปสู่สื่อซึ่งมันถูกพิจารณา (แม้ว่าจะค่อนข้างโดยประมาณ) สำหรับเครื่องบินความเร็วต่ำ เงื่อนไขถูกสร้างขึ้นสำหรับการเกิดขึ้นของสิ่งที่เรียกว่าคลื่นกระแทกความเร็วการไหลของอากาศในส่วนต่าง ๆ ของพื้นผิวอากาศพลศาสตร์ (ตัวอย่างเช่นปีก) การเปลี่ยนแปลงจุดของการประยุกต์ใช้แรงพลศาสตร์พลศาสตร์นั่นคือธรรมชาติของการไหลรอบตัวเองและท้ายที่สุด นั่นคือในแง่ "ฉลาด" ของทฤษฎีความเร็วเหนือเสียง :-) วิกฤติคลื่นเริ่มขึ้น

อย่างไรก็ตามเราจะพูดถึงเขาในอนาคต ในระหว่างนี้คุณจะเห็นว่ากระบวนการทั้งหมดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของสภาพแวดล้อมทางอากาศและคุณสมบัติทางเทคนิคและโครงสร้างของเครื่องบินเอง

เพื่ออธิบายคุณสมบัติอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบินที่มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมความเร็วเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ อันที่จริงแล้วค่าที่วัดได้ซึ่งขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของสื่อนี้นั้นไม่ได้กำหนดลักษณะของรูปแบบการไหลที่แท้จริงเสมอไป (เช่นในตัวอย่างด้านบน)

ที่นี่เราจำเป็นต้องมีเกณฑ์ที่จะคำนึงถึงพารามิเตอร์ "ในตัวเอง" ของการไหลและการพึ่งพาซึ่งหนึ่งสามารถอย่างถูกต้องลักษณะคุณสมบัติอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบินโดยไม่คำนึงถึงเงื่อนไขการบิน

พูดแบบนี้ฉันแค่หมายถึง หมายเลข M. และฉันใช้คำว่า "เกณฑ์" ไม่ใช่โดยบังเอิญ ความจริงก็คือ เลขมัค  คือในภาษาของฟิสิกส์หนึ่งใน เกณฑ์ความคล้ายคลึงกันในการเปลี่ยนแปลงของแก๊ส.

ความหมายของชื่อที่สลับซับซ้อนเล็กน้อยนี้เป็นจริงอย่างง่ายและถ้าสองคนขึ้นไป ระบบทางกายภาพ  มีเกณฑ์ความคล้ายคลึงกันประเภทเดียวกันมีขนาดเท่ากันซึ่งหมายความว่าระบบที่มีปัญหาคล้ายกันนั่นคือคล้ายกันหรือค่อนข้างเรียบง่าย (:-))

ในกรณีที่เกี่ยวกับการบินของเราอาจมีลักษณะเช่นนี้ การไหลของอากาศที่ระดับความสูงต่างกันสองระดับ (สมมติว่าเหมือนกันคือ 2,000 และ 10,000 เมตร) โดยมีปฏิกิริยากับเครื่องบินของเรา - นี่คือระบบทางกายภาพสองระบบ

อย่างไรก็ตามหากพวกเขาเหมือนกันที่ความสูงเหล่านี้แล้วสิ่งนี้ไม่ได้หมายความว่าการโต้ตอบที่ระบุจะเหมือนกัน แต่ตรงกันข้ามแน่นอน นั่นคือความเร็วไม่สามารถเป็นเกณฑ์ของความคล้ายคลึงกันและทั้งสองระบบในสถานการณ์นี้จะไม่คล้ายกันเลย

อย่างไรก็ตามหากเราบอกว่าระนาบที่ระดับความสูงที่แตกต่างกัน (และโดยทั่วไปภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน) จะบินด้วยหมายเลขมัคเหมือนกันดังนั้นจึงเป็นเรื่องถูกกฎหมายที่จะกล่าวว่าสภาพการไหลและคุณสมบัติอากาศพลศาสตร์ที่ระดับความสูงเหล่านี้

มันเป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงที่นี่ว่าข้อความนี้แม้จะมีความภักดีก็ตาม ที่แรกก็คือ เลขมัคแม้ว่าหลักเกณฑ์หลักสำหรับความคล้ายคลึงกันในการเปลี่ยนแปลงของแก๊สสำหรับเรานั้นไม่ได้เป็นเพียงสิ่งเดียว และข้อที่สองมาจากคำจำกัดความของ หมายเลข M.

เอิร์นส์มัคดำเนินการวิจัยของเขาแทบจะไม่คิดที่จะนำผลการวิจัยไปใช้ในการบิน :-) เธอไม่ได้อยู่ตรงนั้นแล้ว คำจำกัดความนั้นเป็นวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริงและถูกต้องทางร่างกาย เลขมัค  เป็นปริมาณที่ไม่มีมิติเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วการไหล ณ จุดที่กำหนดของตัวกลางก๊าซที่กำลังเคลื่อนที่ต่อความเร็วของเสียง ณ จุดนี้

นั่นคือ M \u003d V / aโดยที่ V คือความเร็วการไหลในหน่วย m / s และเป็นความเร็วของเสียงในหน่วย m / s ดังนั้นหมายเลข M ซึ่งเป็นเช่นนั้นคำนึงถึงความเร็วของการเคลื่อนไหวรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ของอากาศผ่านความเร็วของเสียงซึ่งขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์เหล่านี้

เลขมัค  ขนาดไม่มีมิติ ในแง่ของความเร็วมันเป็นไปไม่ได้ที่จะแสดงมันและการแปลมันเป็นความเร็วเชิงเส้นนั้นไม่สามารถทำได้เนื่องจากความไม่แน่นอนของความเร็วของเสียง ใช้ความเร็วของเครื่องบิน หมายเลข Mสามารถแสดงได้เฉพาะเชิงคุณภาพนั่นคือการประมาณว่าความเร็วของเครื่องบินมากกว่าหรือน้อยกว่าความเร็วของเสียงกี่เท่า

ในกรณีนี้รูปแบบสำหรับการเขียนค่าสามารถเป็นได้ทั้งโดยใช้เครื่องหมายเท่ากับและไม่มี ตัวอย่างเช่นบันทึก M3 (เช่น M \u003d 3) อาจหมายถึงความเร็วของเครื่องบินเกินความเร็วเสียงสามครั้ง

การลดความซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการบินคืออัตราการไหลจะถูกแทนที่ด้วยความเร็วของร่างกายในสื่อที่เป็นก๊าซนั่นคือการเคลื่อนไหวของเครื่องบินหมายถึง ความเร็วของเสียงคือความเร็วของเสียงที่ระดับความสูง อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้คำนึงถึงว่าการไหลเข้าใกล้ร่างที่มีความซับซ้อนซึ่งเครื่องบินคือ :-) สามารถมีค่าที่แตกต่างกันมากใกล้ส่วนต่างๆของพื้นผิวของร่างกายนี้

ตัวชี้หมายเลข M บนแดชบอร์ดของ Concord เหนือเสียง (มุมขวาล่าง) ด้านบนมันเป็นตัวบ่งชี้ความเร็ว

อย่างไรก็ตามแม้จะมีความไม่ถูกต้องเพียงพอในการทำให้เข้าใจง่าย แต่แนวคิดของหมายเลข Mahanashl ในการบินนั้นแพร่หลายมาก และไม่เพียง แต่ในเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับ หมายเลข Mเพื่อที่จะพูดมีความสำคัญ :-) แต่ยังอยู่ในเครื่องบินที่ทันสมัยเปรี้ยงปร้างจำนวนมาก

หลังจากทั้งหมดความเร็วของพวกเขาแม้ว่าเปรี้ยงปร้างมีค่อนข้างสูง นอกจากนี้ระดับความสูงที่ใช้งานได้ค่อนข้างสูง เนื่องจากความเร็วของเสียงลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อความสูงมันจึงเหมาะสมที่จะใช้ในระดับสูงเมื่อทำการขับ เลขมัค.

มีอย่างน้อยสองเหตุผลสำหรับสิ่งนี้ ประการแรกเนื่องจากความแตกต่างใหญ่ที่ฉันกล่าวถึงข้างต้น (ข้อผิดพลาดพิเศษซึ่งเป็นรูปธรรมมากไม่มีใครต้องการ :-)) และประการที่สองสำหรับความเป็นไปได้ของการประเมินแนวทางของวิกฤตคลื่น

ความจริงก็คือว่าสำหรับเครื่องบินแต่ละประเภทการแสดงของมันเกิดขึ้นที่ค่าบางอย่างของจำนวน M ในเรื่องนี้สายการบินทันสมัยเกือบทั้งหมดมีเที่ยวบิน การ จำกัด จำนวนมัค  เพื่อให้แน่ใจว่าการจัดการที่ยั่งยืน นักบินในขณะที่ควบคุมอากาศยานจะต้องแน่ใจว่ามีข้อ จำกัด นี้ไม่เกิน

ตัวบ่งชี้ของความเร็วของเครื่องมือและหมายเลข M (ตรงกลาง) บนแผงหน้าปัดของเครื่องบิน Yak-42

ตัวบ่งชี้ของเครื่องบินจริงและหมายเลข M (กลาง) บนแผงควบคุมของ Boeing-747

ด้วยวิธีนี้ หมายเลข M  - นี่ไม่ใช่ความเร็วในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด แต่อย่างไรก็ตามเป็นตัวแปรสำคัญที่ช่วยให้ลูกเรือสามารถประเมินสภาพการบินได้อย่างถูกต้องและสามารถควบคุมอากาศยานได้อย่างปลอดภัยและแม่นยำ

สำหรับข้อมูลเกี่ยวกับ เลขมัค  เครื่องบินความเร็วสูงที่ทันสมัยเกือบทั้งหมดมีตัวบ่งชี้ตัวเลข M ในห้องนักบินในการพูดจาทั่วไปบางครั้งเรียกว่า mahometer ในกรณีส่วนใหญ่มันเป็นตัวชี้ลูกศรเช่นตัวบ่งชี้ความเร็ว อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถให้ได้เฉพาะค่าเลขมัคหรือสามารถรวมเข้าด้วยกัน (รวมกัน) ด้วยตัวบ่งชี้ความเร็วจริงหรืออุปกรณ์

ตัวชี้ M

ตัวบ่งชี้ความเร็ว US-1600

ดัชนีความเร็วจริงและหมายเลข M USIM-I ตัวชี้ประเภทนี้อยู่บนเครื่องบิน MIG-25

ตัวชี้ไปยังความเร็วที่แท้จริงและหมายเลข M (บนซ้าย) บนแดชบอร์ดของ MIG-25 ความเร็วเหนือเสียง

บ่อยครั้งที่ตัวเลข M อุปกรณ์ส่งสัญญาณพิเศษซึ่งในเวลาที่เหมาะสมออกคำเตือนให้ลูกเรือเกี่ยวกับค่าเกินกว่าค่าเกณฑ์ใด ๆ ของหมายเลขนี้

MS-1 ไฟแสดงสถานะตัวเลข M พร้อมสัญญาณเตือนไฟฟ้า

โดยการออกแบบและหลักการทำงานของตัวชี้ หมายเลข M โดยทั่วไปแล้วสิ่งที่คล้ายกัน แต่เพื่อพิจารณาการเปลี่ยนแปลงในเงื่อนไขที่มีการเพิ่มความสูงเข้าไป กล่อง Aneroidตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความดัน

แผนภาพจลนศาสตร์ของดัชนีของ M

เครื่องบินสมัยใหม่ส่วนใหญ่ยังคงบินได้ทันที โหมดนี้สอดคล้องกับ เลขมัค  น้อยกว่า 0.8 โหมดการบินต่อไปนี้ซึ่ง M รับค่าจาก 0.8 ถึง 1.2 จะรวมกันภายใต้ชื่อ transonic และเมื่อจำนวน M เปลี่ยนจาก 1.0 เป็น 5.0 นี่คือความเร็วเหนือเสียงอันบริสุทธิ์โซนการบินเหนือเสียงของเครื่องบินทหารสมัยใหม่

จริงมีหลายกรณีที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับกองทัพยิ่งไปกว่านั้นคือการเข้าถึงความเร็ว เลขมัค  เกินห้าหน่วย นี่เป็นโซนที่มีความเร็วมากเกินไปอยู่แล้ว อย่างไรก็ตามเราจะพูดเกี่ยวกับอุปกรณ์กึ่งแปลกประหลาดเหล่านี้และโหมดการบินของพวกเขาในบทความต่อไปนี้ของหัวข้อทั่วไปที่อุทิศให้กับเสียงเหนือเสียง

จนกว่าเราจะพบกันอีก :-)

สามารถคลิกรูปถ่ายได้.

Skunk Works ของ Lockheed Martin ยืนยันว่าพวกเขากำลังพัฒนาเครื่องบินสอดแนม SR-72 ตัวตายตัวแทนของ SR-71 Blackbird ที่ส่ง Mach 3.5 (2,200 ไมล์ต่อชั่วโมง) SR-72 จะกลายเป็นเครื่องบินไร้คนขับที่มีความเร็วเหนือกว่าซึ่งจะมีความสามารถใน Mach 6 หรือเพียง 4,500 ไมล์ต่อชั่วโมง ด้วยความเร็วที่เหนือความเร็ว SR-72 จะสามารถข้ามแผ่นดินใหญ่ได้ในเวลาเพียงหนึ่งชั่วโมง ดังนั้นหากพวกเขาอยู่บนสายการบินเชิงกลยุทธ์ของสหรัฐทั่วโลก พวกเขาจะสามารถมาถึงและโจมตีทุกจุดบนโลกในเวลาเพียงหนึ่งชั่วโมง มีข้อสงสัยว่าเครื่องยนต์ไฮเปอร์ไวเซอร์ SR-72 (แบบสแครมเจ็ท) จะเข้าร่วมโปรแกรมทางทหารของสหรัฐฯคือ High Speed \u200b\u200bStrike Weapon (HSSW): เป็นขีปนาวุธที่สามารถโจมตีได้ทุกที่ในโลกในเวลาเพียงไม่กี่นาที

SR-71 หรือแบล็กเบิร์ดอย่างที่คุณรู้ก็คือจุดสูงสุดของความสำเร็จทางทหารของสหรัฐฯในช่วงสงครามเย็น เปิดตัวเมื่อปีพ. ศ. 2509 แบล็กเบิร์ดซึ่งมีเครื่องยนต์ไฮบริดเป็นเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยมนุษย์เร็วที่สุดจนกระทั่งออกในปี 2541 แม้จะมีขนาดใหญ่ (ยาว 32 เมตรและ 17 เมตรปีก) SR-71 รองรับเพียง 2 คน และไม่มีอาวุธ (แต่ติดตั้งกล้องเสาอากาศวิทยุและองค์ประกอบอื่น ๆ สำหรับการลาดตระเวน) เนื่องจากต้นทุนการใช้งานสูงและสนับสนุนโครงการที่มีแนวโน้มเช่น UAV มากขึ้น SR-71 จึงถูกยกเลิกหลังจากใช้งานมานาน 32 ปี จากการสร้างแบบจำลอง 32 แบบ 12 ชิ้นสูญหายไปในอุบัติเหตุ แต่ไม่มีใครถูกยิงหรือถูกข้าศึกจับ

SR-71 Blackbird

SR-72 แม้จะมีชื่อคล้ายกัน แต่ก็เป็นเครื่องบินใหม่อย่างสมบูรณ์ ในขณะนี้ SR-72 ยังถือว่าเป็นแนวคิดแม้ว่า Lockheed ได้รับการอนุมัติแล้วสำหรับการผลิตที่ใช้งานอยู่ การสร้างเวอร์ชั่นเต็มบรรจุนั้นมีการวางแผนสำหรับปี 2561 และการทดสอบการบิน - สำหรับปี 2566 หากทุกอย่างเป็นไปตามแผน (ยังไม่ได้รับการรับรองผู้สนับสนุน) SR-72 ขนาดเต็ม (ยาวประมาณ 30 เมตร) จะถูกสร้างและทดสอบในปี 2030 ตัดสินโดยแผนปัจจุบัน SR-72 จะไม่ได้รับการควบคุม มันจะเป็นเสียงพึมพำที่ใหญ่มาก ๆ เขาน่าจะเป็นอาวุธ แต่ก็มีสายลับตัวจริงเต็มรูปแบบ แม้ว่าจะเร็วเกินไปที่จะตั้งสมมติฐานใด ๆ

มุมมองจากหน้าต่าง SR-71 ที่ระดับความสูง 21000 ม. แม่ฉันอยู่ในอวกาศ!

SR-72 นั้นจะเป็นรูปแบบของการลักลอบซ่อนตัวอยู่ในผลึกเสาหินของไทเทเนียมที่เคลือบด้วยคาร์บอนไฟเบอร์จุดเด่นของมันคือ Mach 6 (4567 mph หรือ 7350km / h) ด้วยความเร็วนี้ SR-72 จะสามารถข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก (หรือยุโรปหรือจีนหรือ ... ) ในเวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงหรือบินรอบโลกใน 6 ชั่วโมง ที่ระดับความสูง 80,000 ฟุต (24,300 เมตร) ที่ Mach 6 SR-72 แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะยิง


  ในการเข้าถึงมัค 6 คุณต้องทำเวทมนต์เล็ก ๆ น้อย ๆ กับวิชาการบินไม่เช่นนั้นเราจะสามารถบรรลุความเร็วนี้ได้ในปีที่แล้ว โดยหลักการแล้วเครื่องยนต์ turbofan (ในสายการบินใหญ่ ๆ ) สามารถผลิตได้เพียง 2.5 Mach ramjet สามารถเร่งความเร็วที่ดีที่สุดให้กับ Mach 4 แต่แล้วพวกเขาก็จะสูญเสียประสิทธิภาพการทำงาน เพื่อให้บรรลุ Mach 6, ห้องปฏิบัติการ Lockheed Skunk Works (ซึ่งพัฒนาผู้ทรงคุณวุฒิเช่น U-2, SR-71, F-22, และ F-35) กำลังร่วมมือกับ Aerojet Rocketdyne เพื่อสร้าง Turbojet / scramjet hybrid ที่ใช้กังหันเพื่อ ความเร็วต่ำและ scramjet - ที่สูง เช่นเดียวกับ SR-71 เครื่องยนต์เหล่านี้จะมีหัวฉีดหนึ่งชุดพร้อมระบบกลไกที่ควบคุมการไหลของอากาศระหว่างสองส่วนของเครื่องยนต์ดังนั้นการเปลี่ยนความเร็ว เครื่องยนต์เจ็ททำให้การไหลของอากาศช้าลงด้วยความเร็ว subsonic และ scramjet จะเร่งความเร็วเป็นความเร็วเหนือเสียงเปิดโอกาสในการบรรลุความเร็วสูงขึ้น (ไม่มีใครรู้ว่าสูง แต่อย่างน้อย Mach 10)

 

มันอาจจะมีประโยชน์ในการอ่าน: