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Nombre de Mach et compressibilité

1887
  • Ernst Mach
Jet supersonique illustrant le nombre de Mach et la compressibilité en aérodynamique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le nombre de Mach (M) est une grandeur sans dimension représentant le rapport de la vitesse d'écoulement à travers une paroi à la vitesse locale. vitesse du son: [latex]M = v/a[/latex], where v is the flow velocity and a is the speed of sound. It is the primary indicator of compressibility effects. As Mach number approaches and exceeds 1, the density of the air changes significantly, altering les forces aérodynamiques.

Le nombre de Mach est le paramètre le plus important pour l'analyse des écoulements compressibles à grande vitesse. Contrairement aux écoulements à faible vitesse (incompressibles), où la densité de l'air est supposée constante, à grande vitesse, cette hypothèse est invalidée. Le nombre de Mach classe l'écoulement en régimes distincts : subsonique (M < 1), transsonique (0,8 5). Chaque régime possède des caractéristiques physiques uniques.

En régime subsonique, l'air se comporte comme un fluide incompressible et les perturbations de pression se propagent dans toutes les directions depuis l'aéronef. À l'approche de Mach 1 (régime transsonique), l'air situé devant l'aéronef est moins averti de son approche. L'écoulement d'air commence à atteindre la vitesse du son dans certaines zones, comme l'extrados incurvé de l'aile, même si l'aéronef lui-même est subsonique. Ceci crée des ondes de choc localisées, qui sont des discontinuités abruptes de pression, de densité et de température. Ces ondes de choc peuvent provoquer une augmentation considérable de la traînée (traînée d'onde) et une perte de portance, un phénomène connu sous le nom de mur du son.

Once an aircraft exceeds Mach 1 (supersonic flight), it outruns its own pressure waves. These waves coalesce to form a powerful shock wave, typically a cone-shaped one at the nose and tail, which is heard on the ground as a sonic boom. In supersonic and hypersonic flight, the physics is dominated by these shock waves. Aerodynamic design shifts from smooth, rounded shapes to sharp leading edges to manage the intense heating and forces associated with strong shocks. The study of compressibility is therefore essential for any vehicle designed to travel near or faster than the vitesse du son.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Des études sur la vitesse du son menées par divers scientifiques, dont Pierre Gassendi et Isaac Newton
  • Effet Doppler, qui décrit les changements de fréquence des ondes avec le mouvement
  • Premières études balistiques sur des projectiles se déplaçant plus vite que le son

Applications

  • conception d'avions supersoniques et hypersoniques tels que des jets et des fusées
  • comprendre les bangs soniques
  • conception d'aubes de turbine à grande vitesse dans les moteurs à réaction
  • balistique et conception de projectiles
  • tuyères pour moteurs-fusées (tuyère de Laval)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • quiet supersonic aircraft that shape the shockwaves to produce a soft ‘thump’ instead of a loud boom
  • moteurs à statoréacteur qui utilisent l'onde de choc du vol hypersonique pour comprimer l'air pour la combustion
  • matériaux adaptatifs pour les revêtements d'avions capables de résister et de dissiper la chaleur extrême due au frottement hypersonique
  • drones transsoniques à ailes à balayage variable pour optimiser les performances à des vitesses subsoniques et supersoniques
  • thérapies médicales utilisant des ondes de choc focalisées (lithotritie) avec une plus grande précision
  • tubes de transport hypersoniques pour une livraison quasi instantanée de colis entre les villes
  • véhicules waverider qui utilisent leur propre onde de choc pour générer une portance
  • systèmes d'IA pour prédire et atténuer les interactions instables entre les ondes de choc et la couche limite en temps réel
Lié à : nombre de Mach, compressibilité, supersonique, transsonique, hypersonique, onde de choc, mur du son, traînée d'onde.

Contexte historique

Nombre de Mach et compressibilité

1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1890
1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889
1890
1890

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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