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一马赫速度有多快?换算成每千米一小时是多少?

说到马赫,不得不说到一位叫恩斯特·马赫的科学达人。
恩斯特·马赫是奥地利~捷克物理学家、心理学家、哲学家,所谓马赫数、马赫带效应等物理学名词,就是以他的名字命名的。他的研究成果很多,而最重要的成就就是研究物体在气体中的高速运动,发现了激波,并拍摄下了激波的清晰照片。

恩斯特·马赫在1887年几篇论文中指出:在空气中,物体运动会发出以声速c传播的球面扰动波,当物体速度大于c时,扰动波的波前会形成以物体为顶点的锥形包络面,锥面物体与物体运动方向所形成的角a与v、c的关系是sina=c/v。

到了1929年,声速比值v/c在空气动力学研究里面日益显现其重要性,德国空气动力学家J.阿克莱特建议用“马赫数”表示这个比值。从此,马赫数成为表征流体运动状态的重要参数。而以“马赫”命名的“马赫锥”、“马赫角”、“马赫波”、“马赫效应”等术语,也在空气动力学中广泛得到运用,由此可见恩斯特·马赫在力学方面历史性突出贡献。

所谓马赫数,是指速度与音速的比值。
声音传播是一种机械波,在不同介质和温度、压力状态下,其传播速度是不一样的。表现为介质密度越大,温度越高,传播速度越快。因此声音在真空中无法传播,一般在固体中最快,液体中其次,气体中最慢。

在常温下,声波在空气中的传播速度约340m/s,水中传播速度约1500m/s,铜棒中的传播速度约3750m/s,铁中的传播速度约5200m/s。

马赫数常用于在空气中飞行的物体速度,表达为马赫数M=v/c,这里v代表物体速度,c代表音速。马赫数在不同介质和温度压力下是一个变量,但在飞行物的衡量中,主要采用在一个标准大气压15℃条件下的空气音速,为340m/s,这样1个马赫就是1倍这个条件下的音速,也就是海平面音速为每小时1224km。

在习惯用语中,把马赫数小于1称为亚音速,指比音速慢;马赫数大于1,小于或等于5时,称为超音速;马赫数大于5称为高超音速。

超音速飞机的诞生和难点。
运载火箭和飞船,是以宇宙速度来衡量的,最少需要第一宇宙速度,也就是7.9km/s的速度,才能够与地球引力抗衡,这个速度为23.24马赫,这已经不属于空气动力学范畴,我们不讨论。

在上世纪40年代前,人类航空速度还较慢,没有超音速飞机。最早的超音速飞机在1947年出现,这一年的10月14日,美国空军上尉查理斯.耶格尔驾驶一架X-1试验机,在12800米高空,飞行速度达到1278km/h,达到M=1.1015(在高空温度压力条件下的马赫数),超过了音速,从而开启了超音速飞行的时代。

超音速飞机最关键的技术是发动机和突破音障的问题。在初始的实验中,人们发现当飞行速度接近音速时,周围流动空气状态会发生激波和一些奇怪效应,导致飞机机身抖动,甚至导致飞机失控或空中解体,事实上也有不少飞机因此失事,人们把这种效应叫音障。

后来人们通过改进发动机和机翼外形,延缓和降低了音障导致的影响。1953年,美国海军试飞员道格拉斯驾驶一架昵称“空中火箭”的558-II型试验机,首次实现了2马赫速度飞行,由此说明只要突破M=1的速度,就不会再有音障存在,由此飞机的速度越来越快,但迄今为止,超音速主要为战机。

民航飞机也曾经有过超音速飞机,就是前苏联的图144超音速客机和英法联合研制的协和式超音速客机,但由于安全、噪音、制造技术等原因,运行没多久都停飞了。

现在的超音速飞机都是战机,我们平常偶尔会听到“轰”的一声巨响,震得门窗瑟瑟抖动,一些人总以为哪里在开山放炮,其实不是,这就是战斗机训练中突破音障时产生的震波。

如今人类制造的超音速飞机有多快?
这里不说航天飞行器,只说飞机。

飞行最快的飞机记录依然由美国X-15保持,这架装备两台火箭发动机的试验飞机,在1967年10月由美国飞行员威廉·J·奈特少校驾驶飞到10.8万米高空,飞行速度达到6.72马赫,至今没有任何飞机能够突破。

但这架飞机毕竟只是试验机,虽然为美国航空航天取得了很多宝贵的数据,但毕竟依靠火箭发动机达到这个速度,严格意义上算不上常规飞机。

那么曾经正式服役过和依然在服役的战机有哪些速度最快的呢?简单列举如下几款:

美国SR-71侦察机,这款已经于1998永久退役的侦察机,速度可达3.35马赫,保持着从未被击落过的记录;前苏联/俄罗斯系列战机米格-25战机,时速可达3.2马赫;美国YF-12战机,速度可达3马赫;米格-31战机,速度可达2.8马赫;美国F-15E战机和我国的J20战机,速度可达2.5马赫;苏-27战机,速度可达2.35马赫;美国F-22战机,速度可达2.25马赫。

当然,飞机的性能并不单单以速度来衡量,而且以上数据也不一定完全和精准,仅供参考,或有遗漏和错误,欢迎大家在评论区补充纠正。

在地球上飞行距离最远速度最快的是洲际导弹。
目前全世界只有五个国家能够制造或主要拥有洲际导弹,即美国、俄罗斯、中国、法国、英国。按照速度排名前三的有,美国民兵3最快,末端速度可以达到27马赫;我国的东风-41末端速度可以达到22马赫;俄罗斯的白杨-M可以达到22马赫。

洲际弹道导弹除了速度,发射射程和打击精度都决定了导弹的性能。洲际导弹采用的是火箭发动机,更类似航天飞行器,这里就不多扯了。

感谢阅读,欢迎讨论。

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