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マッハ数と圧縮率

1887
  • Ernst Mach
Supersonic jet illustrating Mach number and compressibility in aerodynamics.

(画像はイメージです)

マッハ数(M)は、境界を通過する流速と局所的な流速の比を表す無次元量である。 音速: [latex]M = v/a[/latex]、ここでvは流速、aは音速です。これは圧縮性効果の主要な指標です。マッハ数が1に近づき、それを超えると、空気の密度が大きく変化し、空力特性が変化します。

マッハ数は、高速圧縮性流れを解析する際に最も重要なパラメータです。空気密度が一定と仮定される低速(非圧縮性)流れとは異なり、高速ではこの仮定は成り立ちません。マッハ数によって流れは亜音速(M < 1)、遷音速(0.8 5)の3つの領域に分類されます。それぞれの領域には固有の物理的特性があります。

亜音速域では、空気は非圧縮性流体のように振る舞い、圧力の乱れは航空機からあらゆる方向に伝播します。航空機がマッハ1(遷音速域)に近づくと、前方の空気は接近をほとんど察知できなくなります。航空機自体が亜音速であっても、翼の湾曲した上面など一部の領域では気流が音速に達し始めます。これにより、圧力、密度、温度の急激な不連続である局所的な衝撃波が発生します。これらの衝撃波は、抗力(波状抗力)の大幅な増加と揚力の喪失を引き起こす可能性があり、これは音速の壁として知られる現象です。

航空機がマッハ1(超音速飛行)を超えると、機体自身の圧力波を凌駕する速度に達します。これらの圧力波は合体して強力な衝撃波を形成し、通常は機首と尾部に円錐状の形状を呈し、地上ではソニックブームとして聞こえます。超音速および極超音速飛行においては、物理現象はこれらの衝撃波によって支配されます。強い衝撃波に伴う激しい加熱と力に対処するため、空力設計は滑らかで丸みを帯びた形状から鋭利な前縁形状へと変化します。したがって、音速に近い速度、あるいは音速を超える速度で飛行するように設計されたあらゆる乗り物にとって、圧縮性の研究は不可欠です。

UNESCO Nomenclature: 2210
機械工学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • Studies on the speed of sound by various scientists including Pierre Gassendi and Isaac Newton
  • ドップラー効果とは、動きに伴う波の周波数の変化を表す現象である。
  • 音速を超える速度で移動する飛翔体に関する初期の弾道研究

アプリケーション

  • ジェット機やロケットなどの超音速機および極超音速機の設計
  • ソニックブームを理解する
  • ジェットエンジンの高速タービンブレードの設計
  • 弾道学と弾丸設計
  • ロケットエンジン用ノズル(デラバルノズル)

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:マッハ数、圧縮性、超音速、遷音速、極超音速、衝撃波、音速の壁、波抵抗。

歴史的背景

マッハ数と圧縮率

1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1890
1880
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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