Маховая скорость чему равна

Чему равна скорость в 1 Мах — сколько это километров в секунду (час), что такое число Маха и возможна ли скорость в 27 Махов

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Понятие скорости известно нам ещё со школьной скамьи. Если говорить о её физической сущности, то это – расстояние, пройденное движущимся телом (материальной точкой) за определённый промежуток времени.

В качестве расстояния выступают как системные, так и внесистемные единицы (метры, мили, дюймы, углы и др.), время же определяется в секундах или часах. Таким образом, скорость можно выразить многообразием величин, таких как метр в секунду (м/сек), километр в час (км/час), радиан в секунду (1/сек) и т.д.

Несмотря на то, что вышеупомянутые обозначения скорости без труда конвертируются одно в другое, существует ряд областей, где удобно (или исторически принято) измерять скорость в специфических единицах.

Например, моряки предпочитают «узел» (морская миля в час). В астрономии пользуются лучевой (радиальной) скоростью, в космонавтике – космическими скоростями (там их три).

В авиации же, где приходится иметь дело со сверхзвуковыми скоростями, точкой отсчёта, как правило, служит скорость распространения звуковых волн в газообразной среде (проще – скорость звука в воздухе).

Это обусловило появление такой единицы измерения, как «число Маха» (в честь австрийского физика-экспериментатора в области аэродинамики Эрнста Маха). Зачем это нужно, поговорим ниже (а попутно отметим, что к фразе «дал(а) маху» этот учёный отношения не имеет).

Особенности скорости звука

Отличительной чертой скорости звука является то, что она изменяется в зависимости от характера окружающей среды.

В частности, в чугуне скорость звука приблизительно равна 5000 м/сек, в пресной воде – 1450 м/сек, в воздухе – 331 м/сек (1200 км/час). Определение «приблизительно» выбрано неслучайно, поскольку на быстроту прохождения звуковых колебаний влияют и другие факторы.

Для интересующей нас воздушной среды факторами, влияющими на скорость звука, являются:

Перечисленные показатели тесно взаимосвязаны между собой (так, плотность является функцией от температуры, давления и влажности), а также с высотой над уровнем моря. Влияют они и на скорость звука.

Наглядно эта взаимосвязь показана в нижеприведённой таблице (по данным ИКАО).

Главное тут то, что скорость звука существенно меняется в зависимости от высоты.

1 Мах — это сколько километров в секунду

Непостоянство скорости звука (в отличие от скорости света) явилось одной из причин того, что в аэродинамике стали пользоваться параметром, получившим название «Мах».

Мах характеризует движение летательного аппарата (ЛА) в воздушном потоке, иными словами, показывает соотношение между скоростью звука в воздушной среде, обтекающей ЛА, и скоростью самого ЛА. То есть является безразмерной единицей.

1 Мах на приборной доске кабины пилота означает, что самолёт движется со скоростью звука на конкретной высоте.

Если самолет превысит скорость распространения звука на этой высоте в два раза, то на приборной панели будет красоваться 2 Мах (2 М). Общая формула расчета выглядит так:

В литературе встречается и упрощенный подход, где число Маха переводится в линейную скорость (километры в час или в секунду). В качестве эталонной единицы 1 Мах принимается равным 1 198,8 км/час или 333 м/сек, что эквивалентно скорости звука при нормальном атмосферном давлении (101,3 кПа) и нулевой температуре и влажности у поверхности Земли.

Но, как отмечено выше, атмосферные условия меняются с набором высоты, поэтому такой подход не считается корректным и не используется в математических расчётах по аэродинамике.

Когда высоко в небе мы видим реактивный самолёт, оставляющий за собой белый газовый шлейф, а в какой-то момент слышим характерный хлопок, это значит, что самолёт преодолел звуковой барьер, то есть превысил значение 1 Мах (Мах˃1).

В справочной литературе указано, что максимальная скорость истребителя МиГ-29 составляет 2,3 Маха или 2450 км/час. Получается, что в данном случае 1 Мах = 1065 км/час (295,8 м/сек). Сравнив это значение с табличными данными (см. выше), увидим, что оно соответствует высоте порядка 18 000 м, что на самом деле и является практическим потолком МиГ-29.

Подытожим. Отвечая на вопрос «какова скорость 1 маха в километрах в час» мы должны, уточнить о какой высоте полета идет речь. Посмотреть на приведенную выше таблицу и взять наиболее близкое к нужной высоте значение скорости звука и умножить его на единицу (1 Мах) или на 27, как в случае со скоростью Авангарда (об этом читайте ниже).

27 Махов — это мечта или реальность

А вот о скорости в 27 Махов заговорили в конце 2018 года, когда гиперзвуковая ракета боевого назначения «Авангард» преодолела этот рубеж на пусковых испытаниях, что сделало её недосягаемой для средств противовоздушной обороны противника.

Если принять упрощённый подход, о котором говорилось выше, то 27 Махов – это порядка 9 000 м/сек или 32 400 км/час. Но это у поверхности Земли. На высоте в 10 км это будет уже порядка 8 000 м/сек (27 х 299,5) или 28 800 км/час. В любом случае трудно себе представить, что материальное тело может летать с такой скоростью.

Хотя, что я говорю? Посадочные модули космических кораблей (и сами корабли — наш Буран или американские шаттлы) входят в атмосферу земли и на бОльших скоростях. Например, если американцы действительно были на луне, то входить в атмосферу земли при возвращении они должны были на скорости 40 Махов!

Поэтому 27 Махов — это реальность, доступная человечеству еще в шестидесятые года прошлого столетия (глупости про то, что нет материалов способных защитить от неизбежного при этом перегрева, я отнесу на необразованность).

Так в чем же инновация Авангардов? В том, что они могут достаточно долго лететь на этой скорости (планировать) и при этом маневрировать и по высоте, и по углу.

Сбить летящую на бешенной скорости, но по заданной траектории цель не сложно (простая математика). Другое дело сбить цель, которая на такой скорости хаотично (непредсказуемо) маневрирует. Для этого противоракета должна двигаться еще быстрее, а вот это уже невозможно (вверх лететь, это вам не вниз падая планировать).

В то же время следует отметить, что ракетный двигатель не в состоянии обеспечить длительный установившийся полёт на такой скорости. Эту задачу учёные и конструкторы пытаются решить с помощью гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД), способного работать непрерывно в течение десятков минут.

Так что исследования по созданию полноценного гиперзвукового ЛА продолжаются как в России, так и за рубежом. Видимо, у нас они уже дали результат либо было найдено альтернативное решение.

Почему еще можно быть уверенным, что Авангард действительно соответствует заявленным МО характеристикам?

Нужно было дать возможность противнику убедиться в заявленных характеристиках. Они убедились и это очень важно (остужает горячие головы). Теперь уже пусть они ломают голову, как это возможно и на каких физических принципах основано.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (39)

Американцы будут ломать голову не над проблемой как сделать аналог «Авангарда», а над тем кому первому заплатить за секреты. Увы, количество предателей, любителей зелёной резаной бумаги, перешло критическую величину и развалило СССР. Продать все секреты СССР пытались очень многие. И они, предатели, никуда не делись. Каждый день их по телевизору показывают.

Автор в начале статьи уведомляет нас о том, что скорость звука в воздухе составляет около 1200м/с, но втаблице, которую он приводит ниже, мы видим, что скорость звука находится в пределах около 300м/с.На какую аудиторию нацелена подобная наукоёмкая публикация?

Спасибо, что заметили. Перепутал размерность 1200 км в час и 331 метр в секунду. Поправил.

Проблема не только сбить, но еще зафиксировать радаром объект летящий со гиперзвуковой скорости. Поэтому отследить радарами весь путь ракеты не получится.

Просто и ясно. Спасибо автору. а главное, что на «почтовых ящиках» ветераны сохранили науку и сами предприятия. В середине 90_х казалось все конец.Ан нет. Всем здоровья.

Про 27 Маха все почему-то решили, что эту скорость авангард развил в плотных слоях атмосферы. Вы где это вычитали? в каком прессрелизе?

Интересно,что за материал?При такой скорости 27 мах расплавится метал и даже сам черт.

Да, метал расплавится, но не сразу. Вообще задача не тривиальная (есть варианты, когда обшивка крошится одновременно забирая с собой тепловую энергию), а вот образец покрытия можно увидеть, например, на Буране.

Разберитесь какая сила толкает сверхзвуковой самолёт или ракету, разобравшись поймёте, надеюсь,что начиная с понятий и определений и элементарных примеров из курса физики какая сила называется толкающей, а какая тянущей — тягой, поймёте, что аппараты в воздушной или жидкой среде двигаются под действием толкающей сила, а не реактивной, и тем более тяги, как всех учит ошибочная теория.

При этом хоть газы и обладает массой, но она не учитывается в термодинамике, изучающей газы. Толкающую силу создаёт постоянная генерация повышенного давления в двигателе над давлением окружающей среды и перепад давления вынуждает газы вырываться в зону пониженного давления.

Ни какой реактивной силы, тем более тяги(это осталось от пропеллера для самолётов, который тянул за собой самолёт) при расширении находящихся под избыточным давлением газов не создаётся.

Толкает их усилие давления газов, создаваемое внутри двигателя и действующее на внутреннюю поверхность полости двигателя.Пример для уяснения написанного. Из чего следует не масса, а давление массы создаёт силу толкающую пулю.

Это ГДЕ у нас такой полигон находится, что расположен всего лишь в сотне миль от амерских радаров?

Автор, с географией то хоть НЕМНОГО дружишь? С математикой у тебя, как видно, все в порядке, а вот с географией-полный швах.Где там в сотне миль от Оренбурга находятся амерские радары, расскажи нам.

Видимо не так выразился (поправил в тексте). Штука в чем. Не откуда запуск был, а где была поражена цель (где этот самый гиперзвук был достигнут и показаны возможности маневрирования).

А цель была на Камчатке. Точнее на полигоне Кура. Он расположен примерно в 6 тысячах километров от полигона запуска, но. Всего в сотне миль от радаров наших закадычных партнеров (Аляска).

Как же так, ведь американцы эти все скорости ещё в 1969-м году превысили, когда летели на Луну? И вдруг все технологии похерили

При таких скоростях в атмосфере вольфрам расплавится за 3.5 минуты.

Вы еще посчитайте сколько будет весить теплозащита из вольфрама. Круче будет только жаропрочными кирпичами обложить ракету.

Используют гораздо более «хитрые» и легкие материалы. Некоторые из них постепенно разрушаясь уносят с собой и излишнее тепло. Другие распределят его по объему, чтобы снизить нагрев обтекателя.

Еще раз подчеркну, что американцы решили эту задачу еще в начале 60-х годов, при посадке лунных шаттлов с людьми. Здесь же людей нет и нет таких требований к соблюдению температурного режима.

Там же не идиоты сидят, до таких скоростей добрались а как справлятся в перегревом не научились, не порите ерунду, самолеты давно гиперзвук преодолели, вы к слову знаете что при таких нагревах образуется плазма?

она ведь шатлы не плавит при входе в атмосферу, а там скорости извините меня, поболее чем 27 махов, и ниче, и люди живы и здоровы.

Больше всего вопросов вызывает возможность «на такой скорости хаотично (непредсказуемо) маневрировать». Представляете какие возникнут перегрузки при радиусе маневра даже в несколько километров? Даже если там поворотное сопло, а не рули, то это вызовет кроме механических и дополнительные тепловые нагрузки. Причем, маневрировать имеет смысл при приближении к цели, а это уже плотные слои атмосферы.

В том то и «фишка» что управление происходит при воздействии магнитного поля создаваемого в ЛА на плазменную «оболочку» ЛА

«Посадочные модули космических кораблей (и сами корабли — наш Буран или американские шаттлы) входят в атмосферу земли и на бОльших скоростях. Например, если американцы действительно были на луне, то входить в атмосферу земли при возвращении они должны были на скорости 40 Махов!»

На такой скорости могут войти в атмосферу метеориты, а то и ещё на бОльших скоростях. Вопрос, что происходит с ними потом? Просто сгорают, взрываются ещё в стратосфере, на землю падают обломки.

А вот для плавного схода челнока, или спускаемого аппарата Союза с орбиты, им необходимо снизить скорость до значений, ниже первой космической. 7800 м/с, 23 маха. И то, на таких скоростях они не могут маневрировать даже в верхних слоях атмосферы. Они просто тормозят. По прямой, ни в право, ни влево.

Никто же не спорит, что это революционное достижение, иначе бы подобные аппараты были у всех более менее значимых игроков. Примеров подобного поведения на таких скоростях еще не было.

Но, наши закадычные «партнеры» не высказывают скепсиса, ибо им была предоставлена возможность произвести замеры и необходимые подтверждающие наблюдения. Для них этот запуск и производился.

Хотя, многим «с дивана» и «на глазок» виднее, конечно же.

Все это только теория на практике если тело полетит с такой скоростью то развалится в первую же минуту полёта

Человек просто хотел узать какая средняя скорость. такую ахинею понесли вумники

класс! и комментарии очень информативны, спасибо автору и участникам группы!

А вы можете конкретно указать где именно написано про 1200 м/с?

Александр: правильно, забиться в норку и не высовываться, пока Запад будет вершить свои грязные дела и заодно наши судьбы.

Николай: если бы так дело обстояло, то авианосцы США были бы абсолютно ненужным, дорогущими корытами. Ведь у них главная защита — это эшелонированная ПРО (дырявая, по вашим, словам на все сто).

А так, конечно же, вы правы. Лучше бы эти деньги пенсионерам раздали. Или не правы? В любом случае, троллинг не очень тонкий с вашей стороны.

. умиляюсь! Правильно.Брехать,так брехать. В РФ все самое быстрое. длинное. толстое,мощное. А в целом веселые картинки журнала МУРЗИЛКА. Вот/же лошарят человеков.

Василий: слово «брехать» в России редко употребляют и в основном по отношению к лаю собак (считай спалились). Понимаю, завидки берут и злоба гложет.

Васнецов: СССР — он наш с вами общий. Или вы другую историю ведете? В остальном — не надо хаять чужое (русское или какое-либо другое), лучше похвалитесь своим. Лучшим, чем в России. Хоть в чем-то (не обязательно в оборонке). Мне так в голову вообще ничего не приходит.

Все что вы имеете (как страна) — наследие ненавистного СССР (которое по устоявшейся у вас парадигме нужно разрушить). Когда крушить закончите, то оглянуться будет не на что. Но пока вы в угаре — ничего этого не поймете и ни о чем жалеть не будете.

Спасибо. Очень интересно.

Очень хочу поболе любви к моей Родине

Когда вся эта маховая хрень полетит,победителей не будет.кому это надо?

Источник

Скорость звука и число М

Для начала давайте выясним, сверхзвук — это сколько км/ч? Какова должна быть скорость, чтобы считаться сверхзвуковой? Проблема в том, что простого и однозначного ответа на этот вопрос… Просто нет.

Есть правильный ответ — больше 1 М. Или Число Маха равное единице, это скорость звука, а выше единицы, это уже сверхзвук.

Совсем не привычное нам число, выраженное в километрах в час. Если упростить, то объяснить можно так: скорость звука зависит о свойств среды в которой он распространяется, чем плотнее среда, тем быстрее распространяются колебания (звук это ведь волна). Таким образом на разной высоте скорость звука разная. Чем выше, тем меньше плотность воздуха и тем ниже будет местная скорость звука.

Что такое скорость звука

Скорость звука в километрах в час не выражается, просто потому, что в таком случае она всегда будет разной.

Зависимость скорости звука от высоты полета

Например, скорость звука у земли (на высоте 0 км) составит 340 метров в секунду (м/с), это 1224 км/ч. И тут важно сказать что такое значение будет: при температуре +15 и давлении 750 мм. рт. ст. и относительной влажности 0%. То есть, при «стандартных» условиях.

А вот на высоте 10 000 метров, на которой летают современные пассажирские лайнеры, это уже около 299 м/с (это 1076 км/ч), то есть разница довольно значительная — 12%.

Также от высоты полета и других параметров атмосферы зависит и скорость звука, и сопротивление воздуха и, соответственно, скорость самолета, которую он может развить.

Скорость звука на высоте 11 километров и выше почти не будет меняться, эта часть атмосферы называется «тропопауза».

То же самое в виде таблицы

Зависимость скорости звука от высоты*

*Минутка занудства. Нужно напомнить, что на самом деле скорости звука от высоты зависит условно, это упрощение. Скорость звука зависит от плотности атмосферы, а плотность воздуха, в свою очередь, зависит от температуры, влажности и давления, которые меняются с высотой.

Зачем нужно число Маха

Так вот, число Маха в авиации представляет собой отношение скорости летательного аппарата к скорости звука на той высоте на которой он сейчас летит. Так удобнее, ведь на разной высоте скорость звука будет разной и чтобы понимать достигает ли самолет скорости звука, его скорость измеряют в числах М.

Один мах, это просто — 1 мах, а не «км/ч». Нельзя просто ответить на вопрос «сколько 1 мах в километрах в час», нужно всегда уточнять, о какой высоте идет речь.

Если еще проще, число М показывает сколько скоростей звука в скорости самолета сейчас на конкретной высоте (при определенных условиях среды). Если число Маха больше единицы, очевидно, мы имеем дело со сверхзвуковой скоростью. Поэтому чаще всего вы будете встречать пояснение для какой высоты указано конкретное число Маха.

Например, для Боинга 777 крейсерской скоростью считается 0,84 М (это дозвуковой летательный аппарат). То есть на высоте 10 000 метров при стандартных условиях, принимая скорость звука за 1076 км/ч умножаем ее на 0,84 и получаем — 904 км/ч. По документации крейсерская скорость Boeing 777 составляет как раз 905 км/ч.

Что касается сверхзвуковых летательных аппаратов, то, по определению, их скорости должны быть больше скорости звука, то есть больше 1 М. Например у Су-27 это 2,35 М, что примерно 2 528 км/ч на высоте 10 км (скорость звука 295 м/с, а это 1062 км/ч).

Число М некоторых сверхзвуковых самолетов:

А вот гиперзвуковые летательные аппараты:

SR-71 — самый быстрый серийный самолет

Еще одно замечание, число Маха в авиации, это качественная величина, а не количественная. То есть это не скорость в чистом виде, а критерий который показывает насколько скорость объекта выше скорости звука. Зачем? Затем, что дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые или гиперзвуковые скорости очень сильно отличаются по сути.

Пилоту (и инженеру тоже) важно знать какой у него сейчас режим обтекания самолета (дозвуковой, трансзвуковой или сверхзвуковой). Например, во многих указателях скорости есть отдельный циферблат, показывающий значение числа Маха в дополнению к приборной скорости.

На картинке в начале этого повествования изображен трансзвуковой режим. Это значит, что сам самолет еще не превысил скорость звука, а на некоторых его участках (на фото это очень хорошо видно по белым «клиньям») скорость обтекания уже достигла скорости звука.

Поэтому и образовались скачки уплотнения которые хорошо видны благодаря образованию конденсата позади них. Вот почему, число Маха так важно.

Источник

Скорость звука, критическая скорость и число Маха

Число Маха является одним из критериев подобия в механике жидкостей и газов. Критерий назван по имени австрийского ученого Эрнста Маха и обозначается буквой М.

Само по себе число Маха является отношением скорости течения в данной точке газового потока к скорости звука.

В этой статье мы собрали для Вас все необходимые теоретические знания и полное описание всего, что касается выводов и понимания скорости звука, критической скорости и числа Маха.

Содержание статьи

Скорость звука

Скорость звука α определяется как скорость распространения малых возмущений (формула 1):

Поскольку процесс распространения малых возмущений можно считать изоэнтропическим (т.е. без теплообмена и потерь)

Где p – давление в среде, н/м 2 ;
ρ – плотность среды, кг/м 3 ;
R – газовая постоянная, нм/кг 0 К;
T – температура, 0 К.
κ – показатель изоэнтропы, равный отношению теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме определяется по формуле:

Производная от этих уравнений dp/ (p × ρ) определяется с учетом следующих зависимостей.

А если при этом пренебречь влиянием производной dz/dT, то скорость звука будет определяться формулой 2

Величина скорость звука зависит от подвода (или отвода) тепла или механической работы, поскольку может меняться температура газа Т. Но формулы 1 и 2 остаются справедливыми при любом воздействии на газ, не вызывающем химических превращений.

Физически это легко объясняется тем, что изменение давления в плотности и в волне можно рассматривать как малые, но конечные величины, а толщина волны δ столь мала, что её следует считать бесконечно малой.

Поэтому любые массовые силы при переходе через звуковую волну дают слагаемые более высокого порядка малости, чем изменение плотности или давления.

Критическая скорость

Во многих случаях наряду со скоростью звука удобно использовать понятие критической скорости αх, под которой подразумевается местная скорость, равная скорости звука.

Для определения критической скорости воспользуемся общим уравнением сохранения энергии

уравнение критической скорости

Из последних двух равенств получаем, что

где α₀ – скорость звука в неподвижной среде.

Таким образом скорость звука для воздуха

Число Маха

Скорость течения соизмерима со скоростью звука, а в некоторых случаях даже больше её.

В таких случаях важной характеристикой течения является отношение скорости течения к скорости звука.

Формула по которой определяют число Маха выглядит так:

где w – скорость течения в среде
α – скорость звука.

Число Маха является одним из основных критериев подобия течений, определяющих эффект сжимаемости. Ведь как известно при сверхзвуковых скоростях резко изменяется характер течения.

Важное значение числа Маха состоит в том, что оно показывает, превышает ли скорость течения газовой среды скорость звука или нет.

Фактически если М > 1, то значит поток движется со скоростью большей скорости звука.

Тогда в случае М 1 сверхзвуковым. Более того, это не все режимы течения жидкости.

Вот ещё несколько:
Скорость от 1 до 5 Махов, как Вы уже знаете называют сверхзвуковой
От 5 до 23 Махов – гиперзвуковой
Более 23 Мазов – первой космической скоростью.

Хотя число Маха это величина безразмерная, но для понимания его порядка во многих источниках приводится в единицы системы СИ, т.е. требуется представить число маха в километрах в час.

Тогда 1 Мах равен 1 199 км/час или 333 м/сек. Но следует учитывать, что такие величины достигаются при нормальном атмосферном давлении и нулевой температуре и влажности у поверхности земли.

Поскольку давление, температура и влажность изменяются на разной высоте от земли, то изменяется и скорость звука.

Так, например для истребителя летящего на высоте 18 000 м от земли со скоростью 2,3 Маха или 2450 км/час, 1 Мах будет составлять уже 1065 км/час или 295 м/сек.

Источник