Machovo ?tevilo
[mahovo ?tevilo] (ozna?ba
M
ali
Ma
; kraj?e
Mach
) je v
fiziki
razmerje med
hitrostjo
telesa
, ki se
giblje
skozi
sredstvo
, (
v
) in
hitrostjo zvoka
(
c
) v tem sredstvu:
Machovo ?tevilo se imenuje po avstrijskem fiziku in filozofu
Ernstu Machu
.
Machovo ?tevilo je zelo pomembno v aerodinamiki, saj se glede na njega delijo konstrukcije in karakteristike letal. Hitrost letenja reaktivnih letal se meri z Machovim ?tevilom in tipi?no zna?a za sodobna letala
A320
okoli 0,8M. Aerodinamika se v letalstvu deli na podzvo?no do 0,75M (propelerska in turbopropelerska letala), transoni?no med 0,75-1,3M (reaktivna letala) in nadzvo?no nad 1,3M (nadzvo?na voja?ka letala).
Letalo
F/A-18 Hornet
prebija
zvo?ni zid
(1 Mach). Oblak je nastal zaradi kondenzacije vode v zraku.
V
zraku
pri
temperaturi
15
°C
je hitrost zvoka enaka 340,5
m
/
s
ali 1225,8
km
/
h
.
?tevilo
je
brezrazse?no
in ga po navadi uporabljamo za opis hitrosti
letala
. Vrednost 1 odgovarja enkratni hitrosti zvoka, 2 dvojni itn. Ker pri nara??anju temperature hitrost zvoka nara??a, bo dejanska hitrost telesa pri Machovem ?tevilu 1 odvisna od njegove vi?ine in morebiti ?e od pogojev v
ozra?ju
.
| Re?im
|
Hitrost
|
Splo?ne karakteristike letala
|
| (Mach)
|
(kts)
|
(mph)
|
(km/h)
|
(m/s)
|
| Podzvo?en
|
<0,8
|
<530
|
<609
|
<980
|
<273
|
Najpogosteje propelerska in komercialna turboventilatorska letala z zaobljenimi zna?ilnostmi, kot so nos in krila.
Podzvo?no obmo?je hitrosti je tisto obmo?je hitrosti, znotraj katerega je ves zra?ni tok nad zrakoplovom manj?i od 1 Macha. Kriti?no Machovo ?tevilo (Mcrit) je najni?je Machovo ?tevilo prostega toka, pri katerem zra?ni tok ?ez kateri koli del letala prvi? dose?e Mach 1. Podzvo?no obmo?je hitrosti torej vklju?uje vse hitrosti, ki so manj?e od Mcrit.
|
| Transoni?en
|
0,8?1,2
|
530?794
|
609?914
|
980?1.470
|
273?409
|
Transoni?na letala imajo skoraj vedno nagjena krila nazaj, kar povzro?a zakasnitev pribli?evanju hitrosti zvoka..
Transoni?no obmo?je hitrosti je tisto obmo?je hitrosti, znotraj katerega je zra?ni tok nad razli?nimi deli letala med podzvo?nim in nadzvo?nim. Tako se re?im letenja od Mcrita do 1,3 macha imenuje transoni?no obmo?je.
|
| Nadzvo?en
|
1,2?5,0
|
794-3.308
|
915-3.806
|
1.470?6.126
|
410?1.702
|
Nadzvo?no obmo?je hitrosti je tisto obmo?je hitrosti, znotraj katerega je ves zra?ni tok nad letalom nadzvo?en (ve? kot 1 Mach). Toda zra?ni tok, ki se sre?a s sprednjimi robovi, je na za?etku upo?asnjen, zato mora biti hitrost prostega toka nekoliko ve?ja od macha 1, da zagotovimo, da je ves tok nad letalom nadzvo?en. Splo?no sprejeto je, da se obmo?je nadzvo?ne hitrosti za?ne pri hitrosti prostega toka nad 1,3 macha.
Letala, ki so zasnovana za letenje z nadzvo?nimi hitrostmi, ka?ejo velike razlike v svoji aerodinami?ni zasnovi zaradi radikalnih razlik v obna?anju tokov nad mach 1. Ostri robovi, tanki deli aeroprofilov in popolnoma premikajo?a se repna ploskev/kanardi so pogosti. Sodobna bojna letala morajo sklepati kompromise, da ohranijo upravljanje pri nizkih hitrostih; "prave" nadzvo?ne zasnove vklju?ujejo F-104 Starfighter, MiG-31, North American XB-70 Valkyrie, SR-71 Blackbird in BAC/Aerospatiale Concorde.
|
| Hipersoni?en
|
5,0?10,0
|
3.308?6.615
|
3.806?7.680
|
6.126?12.251
|
1.702?3.403
|
X-15 s hitrostjo 6,72 macha je eno najhitrej?ih letal s posadko. Hlajena plo?evina iz nikelj-titana, majhna krila, kot so tista na Mach 5 X-51A Waverider.
|
| Visoko-hipersoni?en
|
10,0?25,0
|
6.615?16.537
|
7.680?19.031
|
12.251?30.626
|
3.403?8.508
|
NASA X-43 z 9,6 macha je eno najhitrej?ih letal. Toplotni nadzor postane prevladujo? dejavnik oblikovanja. Konstrukcija mora biti zasnovana tako, da deluje v vro?em stanju, ali pa mora biti za??itena s posebnimi silikatnimi plo??icami ali podobnim. Kemi?no reagirajo? tok lahko povzro?i tudi korozijo obloge zrakoplova, pri ?emer se prosti atomski kisik pojavlja v tokovih z zelo visoko hitrostjo. Hiperzvo?ne konstrukcije so pogosto prisiljene v tope konfiguracije zaradi aerodinami?nega segrevanja, ki nara??a z zmanj?anim polmerom ukrivljenosti.
|
| Vstopne hitrosti
|
>25,0
|
>16.537
|
>19.031
|
>30.626
|
>8.508
|
Ablativni toplotni ??it; majhna ali brez kril; topa oblika. Ruski Avangard (hiperzvo?no drsno vozilo) dose?e do 27 machov.
|
Polet pri visokih hitrostih lahko razdelimo na ?est vrst:
| Re?im
|
Podzvo?en
|
Transoni?en
|
Hitrost zvoka
|
Nadzvo?en
|
Hipersoni?en
|
Hiperhitrost
|
| Mach
|
<0,8
|
0,8?1,2
|
1,0
|
1,2?5,0
|
5,0?10,0
|
>8,8
|
Pri telesu, ki se giblje s hitrostjo pod M = 1, se zvo?ni valovi ?irijo pred njim. Pri hitrosti M = 1 se giblje enako hitro kot valovi (
zvo?ni zid
). Nad zvo?no hitrostjo, se telo giblje znotraj te meje in re?emo, da
prebije zvo?ni zid
. Zunanji opazovalec bo pri prebitju zvo?nega zidu sli?al mo?en pok, znan kot
zvo?ni udar
, potnik znotraj letala pa ga obi?ajno ne bo. Hitrost, potrebna za dosego
nizkega Zemljinega tira
je pribli?no 7,5
km/s
, oziroma M = 25,4 v zraku na velikih vi?inah.
Machovo ?tevilo je razmerje med
vztrajnostno
silo
(aerodinamsko silo) in pro?nostno silo ali z drugimi besedami med hitrostjo telesa in lokalno hitrostjo zvoka, ki je pri zraku odvisna od temperature. Machovo ?tevilo se imenuje po avstrijskem fiziku in filozofu
Ernstu Machu
.