Αριθμός Mach

Όλοι καταλαβαίνουμε ότι η πτήση είναι πολύ πιο γρήγορη από άλλα είδη μεταφοράς. Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πόσο γρήγορα μπορεί να ταξιδέψει ένα αεροπλάνο; Τι γίνεται όμως αν τα αεροπλάνα πετούν με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από τον ήχο; Τα αεροπλάνα υποβάλλονται σε ωστικό κύμα που καταστρέφει τη λεπίδα του αεροπλάνου. Για τη διερεύνηση αυτών των ζητημάτων, ο αριθμός Mach είναι ζωτικής σημασίας. Ο αριθμός Mach μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συγκρίνει την ταχύτητα ενός αντικειμένου με την ταχύτητα του ήχου. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει εάν μια ροή είναι ασυμπίεστη ή όχι.

Αριθμός Μαχ

Η έκφραση του συντελεστή που χρησιμοποιείται για να εκφράσει την κίνηση στον αέρα είναι ο αριθμός Mach. Ο αριθμός Mach αναφέρεται στον λόγο της ταχύτητας ροής πέρα ​​από ένα όριο προς την τοπική ταχύτητα ήχου στη δυναμική των ρευστών. Στη μελέτη των προσεγγίσεων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αντιμετώπιση μιας ροής ως ασυμπίεστης ροής, ο αριθμός Mach είναι κρίσιμος. Ο αριθμός Mach μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να συγκρίνει την ταχύτητα ενός αντικειμένου με αυτή του ήχου. Ο αριθμός Mach είναι ζωτικής σημασίας για διάφορους υπολογισμούς και συγκρίσεις λόγω των πολυάριθμων αεροσκαφών και αεροπλάνων υψηλής ταχύτητας. Ο Ernst Mach, ένας Αυστριακός φιλόσοφος και επιστήμονας, ήταν η έμπνευση για το όνομα. Θα μελετήσουμε περισσότερα σχετικά με τον αριθμό Mach καθώς και τη συνάφειά του σε αυτό το άρθρο.

Ο λόγος της ταχύτητας ροής μετά από ένα συγκεκριμένο όριο ταχύτητας ήχου αναφέρεται ως αριθμός Mach. Στην πιο βασική του μορφή, είναι ο λόγος της ταχύτητας ενός σώματος προς την ταχύτητα του ήχου στο μέσο. Ο αριθμός Mach είναι ο λόγος της ταχύτητας ενός ρευστού προς την ταχύτητα του ήχου σε αυτό το ρευστό στη μηχανική των ρευστών. Δεδομένου ότι είναι μια αδιάστατη ποσότητα και όχι μια μονάδα μέτρησης, ο όρος Mach χρησιμοποιείται πριν από τον αριθμό.

Στην περίπτωση ενός αντικειμένου που διέρχεται από ένα ρευστό, όπως ένα αεροσκάφος σε πτήση, ο αριθμός Mach είναι ίσος με την ταχύτητα του αντικειμένου που ισοδυναμεί με το ρευστό διαιρούμενο με την ταχύτητα του ήχου σε αυτό το ρευστό. Ο αριθμός Mach μετρά την ταχύτητα ενός αντικειμένου συγκρίνοντάς το με την ταχύτητα του ήχου. Κάθε φορά που συγκρίνετε και αξιολογείτε διάφορα αεροσκάφη και αεροπλάνα γρήγορης ταχύτητας, ο αριθμός Mach είναι κρίσιμος για μια ποικιλία υπολογισμών και συγκρίσεων. Αριθμοί Mach μικρότεροι από ένα υποδεικνύουν υποηχητική ροή. Τιμές Mach μεγαλύτερες από μία υποδηλώνουν υπερηχητική ροή.

Αριθμός Mach:Τύπος

Ο τύπος για τον υπολογισμό του αριθμού Mach είναι ο ακόλουθος:

M ή Ma=uc

όπου το M ή το Ma σημαίνει αριθμός Mach και

Σύμφωνα με τα όρια, u είναι η τοπική ταχύτητα ροής.

όπου c είναι η ταχύτητα του ήχου που μεταδίδεται μέσω αυτού του μέσου.

Με απλά λόγια, η ταχύτητα του ήχου είναι ισοδύναμη με την τοπική ταχύτητα ροής, τότε  το Mach είναι 1.αν, Mach 0,75 τότε η τοπική ταχύτητα ροής είναι  75%  της ταχύτητας του ήχου ή η ταχύτητα υποηχητικών, ενώ αν  1,65 Mach τότε η τοπική ταχύτητα ροής είναι  65% μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου ή την υπερηχητική ταχύτητα.

Η τοπική ταχύτητα του ήχου επηρεάζεται από την πίεση και τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος μέσου. Ο αριθμός Mach μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει εάν μια ροή είναι συμπιεστή ή όχι. Ως μέσο, ​​μπορείτε να χρησιμοποιήσετε γαρ ή υγρό. Όταν το μέσο ρέει αλλά το όριο είναι σταθερό ή όταν το μέσο και το όριο κινούνται και τα δύο αλλά το μέσο είναι σε ηρεμία, υπάρχουν πολλές πιθανότητες. Είναι οι σχετικές ταχύτητες του ορίου και του μέσου που έχουν σημασία, ακόμα κι αν και τα δύο ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα. Ένας αριθμός τεχνολογιών, όπως μια αεροδυναμική σήραγγα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δρομολόγηση του μέσου ή μπορεί να βυθιστεί σε αυτό. Καθώς είναι ο λόγος δύο αριθμών, ο αριθμός Mach είναι μια αδιάστατη ποσότητα.

Αριθμός Mach:Ταξινόμηση

Η ταχύτητα κάτω από την ταχύτητα του ήχου ονομάζεται υποηχητική, ενώ η ταχύτητα πάνω από την ταχύτητα του ήχου αναφέρεται ως υπερηχητική, παρά το γεγονός ότι οι περισσότεροι επιστήμονες που μελετούν την αεροδυναμική χρησιμοποιούν αυτούς τους όρους για να περιγράψουν ένα συγκεκριμένο εύρος τιμών Mach. Η παραλλαγή του αριθμού Mach χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση της ροής ρευστού.

Υποηχητικός:

Αυτό το είδος ροής έχει τιμή Mach μικρότερη από 0,8. Τα εμπορικά αεροσκάφη αυτής της κατηγορίας έχουν σφαιρικά μπροστινά άκρα και μύτη.

Sonic:

Ο αριθμός Mach της ηχητικής ροής είναι ένα. Η ταχύτητα ενός αντικειμένου σε αυτούς τους τύπους ροών είναι ίση με την ταχύτητα του ήχου στο τοπικό μέσο.

Υπερηχητικό:

Κάθε φορά που η ταχύτητα ενός αντικειμένου υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου, ονομάζεται υπερηχητική ροή. Ο αριθμός Mach σε αυτήν την περίπτωση κυμαίνεται από πέντε έως δέκα.

Ταχύτητα επανεισόδου: 

Καθώς η ταχύτητα Mach υπερβαίνει τα 25,0, το σκάφος δεν χρειάζεται πλέον φτερά και αντ' αυτού αποκτά αμβλύ σχήμα.

Υπολογισμός του αριθμού Mach

Ο αριθμός Mach είναι μια ποσότητα που δεν έχει διαστάσεις. Η εξίσωση του αριθμού Mach μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά ως

M=v/c

όπου v είναι η ταχύτητα του αντικειμένου και c είναι η ταχύτητα του ήχου.

Σημασία του αριθμού Mach

Ο αριθμός Mach μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με διάφορους παράγοντες ροής. Ένα θεμελιώδες στατιστικό στοιχείο για τη σύγκριση της ταχύτητας οποιουδήποτε αντικειμένου με την ταχύτητα του ήχου είναι ο αριθμός Mach. Είναι ένας τρόπος υπολογισμού της ταχύτητας ενός ιπτάμενου αντικειμένου σε ένα ρευστό μέσο. Έχει ένα ευρύ φάσμα χρήσεων στη ρευστοδυναμική. Προκειμένου να κατανοήσουμε πλήρως την κίνηση των αεροπλάνων και των πυραύλων, ο αριθμός Mach έχει μελετηθεί ευρέως. Τα σωματίδια του αέρα που βρίσκονται πιο κοντά στο σώμα του αεροπλάνου διαταράσσονται κάθε φορά που αυτό πετάει στον ουρανό. Εάν ένα αεροπλάνο πάει πιο γρήγορα, ο αέρας που το περιβάλλει συμπιέζεται. Μπορούμε να καταλάβουμε εάν ένα ρευστό είναι συμπιεστό ή όχι κοιτάζοντας τον αριθμό Mach του.

Συμπέρασμα

Ο αριθμός Mach είναι μια έκφραση συντελεστή που χρησιμοποιείται για να περιγράψει την κίνηση στον αέρα. Στη ρευστοδυναμική, ο αριθμός Mach είναι ο λόγος της ταχύτητας ροής πέρα ​​από ένα όριο προς την τοπική ταχύτητα ήχου.

Παρά το γεγονός ότι οι περισσότεροι επιστήμονες που μελετούν την αεροδυναμική χρησιμοποιούν αυτές τις ορολογίες για να ορίσουν ένα ακριβές εύρος τιμών Mach, η ταχύτητα κάτω από την ταχύτητα του ήχου αναφέρεται ως υποηχητική, ενώ η ταχύτητα πάνω από την ταχύτητα του ήχου είναι γνωστή ως υπερηχητική. Η ροή ρευστού ταξινομείται χρησιμοποιώντας την παραλλαγή αριθμού Mach.