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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。 声速马赫数 M = v/a,其中 v 为流速,a 为声速。它是空气可压缩性的主要指标。当马赫数接近并超过 1 时,空气密度会发生显著变化,从而改变空气动力。

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。

一旦飞机超过1马赫(超音速飞行),它的速度就会超过自身压力波的速度。这些压力波会聚结形成强大的冲击波,通常呈锥形,位于机头和机尾,在地面上可以听到音爆。在超音速和高超音速飞行中,这些冲击波主导着物理特性。为了应对强冲击波带来的强烈热量和力,气动设计从光滑的圆形转变为锋利的前缘。因此,对于任何设计用于接近或超过音速飞行的飞行器来说,压缩性研究都至关重要。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 机械

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 皮埃尔·加桑狄和艾萨克·牛顿等多位科学家对声速的研究
  • 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

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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
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1889
1890
1880
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(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)

相关发明、创新和技术原理

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