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马赫数和压缩性

1887
  • Ernst Mach
超音速喷气机,说明空气动力学中的马赫数和可压缩性。

(图片仅供参考)

马赫数 (M) 是一个无量纲量,表示流经边界的流速与局部速度之比。 声速: [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 空气动力.

在分析高速可压缩流动时,马赫数是最重要的参数。与低速(不可压缩)流动不同,低速流动中假设空气密度恒定,但在高速下,这一假设不成立。马赫数将流动分为不同的状态:亚音速(M < 1)、跨音速(0.8 5)。每种状态都有其独特的物理特性。

在亚音速飞行状态下,空气的行为类似于不可压缩流体,压力扰动会向各个方向传播。当飞机接近1马赫(跨音速飞行状态)时,前方空气对其接近的“预警”时间会缩短。即使飞机本身处于亚音速状态,某些区域(例如机翼上缘的弧形区域)的气流速度也会开始达到音速。这会产生局部冲击波,即压力、密度和温度的突变。这些冲击波会导致阻力(波阻)急剧增加和升力损失,这种现象被称为音障。

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 声速.

UNESCO Nomenclature: 2210
- 机械

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 包括皮埃尔·伽桑狄和艾萨克在内的多位科学家对声速进行了研究。 牛顿
  • 多普勒效应,描述波频率随运动的变化
  • 早期对速度超过音速的射弹的弹道研究

应用程序

  • 喷气式飞机和火箭等超音速和高超音速飞机的设计
  • 了解音爆
  • 喷气发动机高速涡轮叶片的设计
  • 弹道学和射弹设计
  • 火箭发动机喷嘴(德拉瓦尔喷嘴)

专利:

NA

潜在创新理念

  • quiet supersonic aircraft that shape the shockwaves to produce a soft ‘thump’ instead of a loud boom
  • 超音速冲压喷气发动机利用高超音速飞行产生的冲击波来压缩空气进行燃烧
  • 能够承受和消散高超音速摩擦产生的极端热量的飞机蒙皮自适应材料
  • 跨音速无人机配备可变后掠机翼,可优化亚音速和超音速下的性能
  • 使用聚焦冲击波(碎石术)的医疗疗法,精度更高
  • 高超音速运输管道,用于城市间近乎即时的包裹递送
  • 乘波体飞行器利用自身的冲击波产生升力
  • 人工智能系统实时预测和缓解非稳定冲击波边界层相互作用
相关术语:马赫数、可压缩性、超音速、跨音速、高超音速、冲击波、音障、波阻。

历史背景

马赫数和压缩性

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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