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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。

The Mach number (M) is a dimensionless quantity representing the ratio of flow velocity past a boundary to the local speed of sound: [乳胶]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 aerodynamic forces.

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。

In the subsonic regime, air behaves much like an incompressible fluid, and pressure disturbances propagate away from the aircraft in all directions. As an aircraft approaches Mach 1 (the transonic regime), air ahead of it has less ‘warning’ of its approach. Airflow begins to reach sonic speed in some areas, like the curved top of the wing, even if the aircraft itself is subsonic. This creates localized shock waves, which are abrupt discontinuities in pressure, density, and temperature. These shocks can cause a dramatic increase in drag (wave drag) and a loss of lift, a phenomenon known as the sound barrier.

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

使用方法

广泛使用

前体

  • Studies on the speed of sound by various scientists including Pierre Gassendi and Isaac Newton
  • 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

  • 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

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