WikiDer > Machnummer

Eine FA-18 Hornet durchbricht 1999 die Schallmauer

Es Leistungszahl (ma oder ich), benannt nach dem österreichisch Physiker und Philosoph Ernst Mach, ist ein dimensionsloses ehrgeizig von Verwandten Geschwindigkeit.

Definition

Es ist definiert als das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit eines Objekts relativ zur Flüssigkeit in dem es sich bewegt und das Lokale Schallgeschwindigkeit in derselben Flüssigkeit:

${displaystyle M={frac {v_{o}}{v_{s}}}}$

Darin ist

• ${Anzeigestil M}$ die Leistungsnummer.

• ${displaystyle v_{o}}$ die Geschwindigkeit eines Objekts relativ zum ungestörten Medium (Relativgeschwindigkeit). Im Fall von Luft beträgt die relative Geschwindigkeit eines Objekts mit einer Geschwindigkeit über Grund von 300 m/s aber mit einem Gegenwind von 10 m/s 310 m/s; bei 10 m/s Rückenwind beträgt die Relativgeschwindigkeit 290 m/s.

• ${displaystyle v_{s}}$ die Schallgeschwindigkeit im Medium.

Beachten Sie, dass ${displaystyle v_{o}}$ und ${displaystyle v_{s}}$ sollte in der gleichen Einheit ausgedrückt werden (Meter pro Sekunde in SIEinheiten).

Mach 1 (notiert als M = 1) ist eine Geschwindigkeit, die genau der lokalen Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit entspricht, Mach 2 ist die doppelte Schallgeschwindigkeit usw.

Die Schallgeschwindigkeit nimmt mit steigender Temperatur der Flüssigkeit zu. Somit hängt die tatsächliche Geschwindigkeit eines Objekts einer bestimmten Mach-Zahl von der Temperatur des Fluids ab.

Luftfahrtnutzung

Die Machzahl wird oft verwendet, um die Geschwindigkeit von . zu messen Flugzeuge um anzuzeigen. Unter Standardbedingungen (auf Meereshöhe: Luftdruck 1013,25 hPa und Temperatur 15 Grad Celsius) beträgt die Schallgeschwindigkeit in Luft etwa 340,17 m/s oder 1224 km/h. Diese Geschwindigkeit ändert sich mit der Höhe aufgrund der Temperaturunterschiede in der Atmosphäre. In 11.000 Metern Höhe beträgt die Geschwindigkeit eines Flugzeugs mit der Machzahl M=1 etwa 295 m/s oder 1062 km/h gegenüber 1224 km/h auf Meereshöhe.

Je nach zu erreichender Geschwindigkeit werden Flugzeuge bezeichnet als:

Bei Überschallgeschwindigkeit bewegt sich das Flugzeug mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit. Sowohl Unterschall- als auch Überschallbereiche werden lokal in der umgebenden Luft erzeugt. Dies verursacht kleine Stöße, die die Steuerbarkeit des Flugzeugs beeinträchtigen können.

Wenn ein Flugzeug die Geschwindigkeit von Mach 1 überschreitet, heißt es: Schallmauer kurz vor der Nase des Flugzeugs entsteht eine große Druckdifferenz, da der aufgebaute Druck weniger schnell abfließen kann, als das Flugzeug vorwärts fliegt Stoßwelle erwähnt. Die Stoßwelle breitet sich in alle Richtungen aus, aber während das Flugzeug weiterfliegt, wird die Stoßwelle vorwärts fortgesetzt und erzeugt eine kegelförmige Welle um das Flugzeug herum. Am Boden ist die Stoßwelle als Überschallknall zu hören. Eine Person im Flugzeug wird diesen Knall normalerweise nicht hören (die Stoßwelle bleibt vor dem Flugzeug).

Bei Hyperschallgeschwindigkeit kann die Oberfläche des Flugzeugs durch die Reibung mit der Luft sehr heiß werden.

Die Geschwindigkeit eines Flugzeugs wird in der täglichen Praxis des Luftfahrt ausgedrückt in einer Mach-Zahl, wenn es sich in einer Höhe von mindestens 25.000 . befindet Fuß (7,5km). In niedrigeren Höhen wird die Geschwindigkeit normalerweise in ausgedrückt Knoten.

Das Concorde und der Tupolew Tu-144 waren Überschall-Passagierflugzeuge.

Das Boeing X-51 fast Hyperschallgeschwindigkeiten erreicht. Um diese Geschwindigkeiten zu erreichen, müssen einzigartige technische Herausforderungen in Bezug auf Hitze und Druck bewältigt werden. Es wurde mit dem Anzünden und Abbrennen eines Streichholzes in einem Hurrikan verglichen. Der Antrieb ist möglich durch die Verwendung von a Scramjet.

Am 26. Mai 2010 wurde die X-51A Wellenreiter Fast drei Minuten lang vor der Küste von Minuten Hyperschallgeschwindigkeit erreicht Süd-Kalifornien. Das Gerät wurde von a . auf den Markt gebracht B-52 Stratofestung und erreichte ungefähr Mach 4,8, danach flog es 200 Sekunden lang autonom, bevor Geschwindigkeit begann zu verlieren Der Waverider wurde für die US-Luftwaffe gebaut von Pratt & Whitney Rocketdyne und Boeing. Die Air Force verfügt über vier Testeinheiten.

Berechnung der Machzahl

Die lokale Schallgeschwindigkeit wird berechnet mit:

${displaystyle c={sqrt {gamma {frac {RT}{M}}}}}$

Darin ist:

${displaystyle gamma ={frac {C_{p}}{C_{v}}}}$ das Verhältnis der spezifische Wärme bei konstantem Druck mit der spezifischen Wärme bei konstantem Volumen;

${Anzeigestil R}$ der ideale Gaskonstante (8,3145 J/(Mol K));

${Anzeigestil T}$ die absolute Temperatur in Kelvin;

${Anzeigestil M}$ das Molmasse des Gases (in kg/mol).

In der Aerodynamik wird diese Gleichung oft vereinfacht zu:

${displaystyle c={sqrt {gamma RT}}}$

Darin ist ${Anzeigestil R}$ die Gasbarriere von Luft (287,05 J/(kg K)).

In Normalatmosphäre bei einer Temperatur von 288,15 K und einer spezifischen Wärmezahl von 1,4 sind dies 340,03 m/s (= 1224 km/h).

Die Schallgeschwindigkeit von Luft bei Temperaturen um die Standardtemperatur von 15 °C kann angenähert werden durch:

${displaystyle v_{s}=331{,}3 (0{,}606cdot t)}$

in welchem ${displaystyle t}$ die Temperatur in Grad Celsius (°C).