“馬赫”是什麼意思?若用15馬赫的速度飛一小時,能飛多少公裡?

2024年2月5日 22点热度 0人点赞

俗話說“天下武功,唯快不破”,這些年人們不僅忙著為常用的載具提速,比如高鐵、汽車等,還將目光聚焦到了飛機、火箭身上。不同於高鐵或者汽車用公裡來描述速度,他們形容飛機和火箭速度的時候常常用馬赫來描述

馬赫

火箭推進時的時速接近7馬赫

那麼,“馬赫”到底是什麼意思?如果以15馬赫的速度飛一小時,能飛多少公裡呢?接下來,就讓我們一起來看看吧!

經常關註軍事或者航空航天領域的人對馬赫應該都不陌生,不過如果對這兩個領域都鮮少關註的話,可能就不知道“馬赫”到底是什麼了。因此,接下來就聊聊馬赫到底是什麼,又是怎麼來的。

馬赫的別名也叫馬赫數,它其實算不上是一個速度單位,因為從本質上來說馬赫是速度和音速的比值。這時大傢可能會想,既然是比值應該是某個固定數,但馬赫稱不上固定數,它是一個無量綱參數

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音速的速度為340米/秒

這主要是因為音速的值是不固定的,大傢都知道音速在不同高度、溫度或者介質當中都會呈現出不同的數值,從而就會影響到馬赫的數值

具體來說,馬赫的存在主要是用來表示可壓縮流體流場中某點的速度與該點的聲速之比。在這種情況下,1馬赫就是音速的1倍,15馬赫就是音速的15倍。當然,要計算具體數值的話,先要給音速一個固定的條件,比如說在標準大氣壓之下。

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一個標準大氣壓等於1013hpa

至於馬赫到底從何而來,它和牛頓、特斯拉等物理單位一樣,都是直接用人的名字直接命名的。恩斯特·馬赫是一位奧地利科學傢,算得上是少有的“全才”,因為他不僅是物理學傢,還是心理學傢和哲學傢,其創立的馬赫主義在學界也一直享有盛名。

當然,他在物理學上最突出的貢獻就是發現了激波,並且將其拍攝了下來。在這之後,馬赫根據自己的發現做了許多的研究,最終發現了更多與物體運動有關的秘密

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奧地利物理學傢恩斯特·馬赫

以上就是馬赫的相關解釋以及它的由來,人們在高速飛行領域,經常會使用馬赫數來表明飛行器的速度有多快。在不了解馬赫之前,我們覺得1馬赫沒多少,而實際上在標準因素下,1馬赫就相當於1224公裡/小時,這就相當於從北京到上海隻需要1小時左右。

那麼,既然1馬赫都已經這麼快了,15馬赫又能達到什麼恐怖的程度呢?如果按照15馬赫的速度飛行1小時,能飛多少公裡?

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地球上真的有這麼快的速度嗎?

首先咱們可以來了解一下馬赫數的分級,一般來說馬赫數小於0.8就會被定義為亞音速,當其在1.2到5之間,就是超音速。一旦大於5,就會被列入高超音速的范疇了

很顯然,15馬赫已經是屬於高超音速,目前人類制造的飛行器在地球高空尚未達到這個速度。不過,這也不妨礙咱們估算一下15馬赫飛行一小時到底能飛多遠。

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超音速飛機飛行時所產生的音爆雲

首先由於這種速度的飛行器肯定是在地球高空飛行了,而隨著高度的上升,音速的數值就會有所下降。因此這時的因素已經達不到340m/s了,在300m/s左右。

在這種情況下,如果以15馬赫的速度飛行一小時,那麼飛行的總距離就能達到16000千米左右。這就代表,飛兩個多小時,就能繞地球一圈。

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無論相隔多遠,都再不是問題

可以想象一下,已經不是跨省甚至是跨國了,在速度達到15馬赫的時候,環球旅行都會變得如此快。要知道現在很多人在大城市前往市中心通勤的時間都有兩個多小時了,而在不同的速度下,有的人過了兩個多小時還在城市中打轉,有的人卻已經繞地球一圈了,這種差異確實讓人震驚。

當然,理想很美好,現實卻很骨感。因為當飛行器達到15馬赫時,我們有心去體驗,可能也無福消受,為什麼這麼說呢?

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正在駕駛飛行器的飛行員

以美國軍方制造的X-43A為例,它曾經創造了將近9.8馬赫的飛行速度歷史,算得上是世界上飛得最快的飛機了,而達到這個速度的飛機卻是無人駕駛機

因為人體是難以承受這種飛行速度的,在速度過快的情況下,飛行員都需要穿特制的壓力服

可即使是穿上特制的保護服裝,從目前的情況來看,15馬赫的速度人體依舊無法承受。咱們尚且不論飛行器在這個速度下會不會解體或者面臨其他的問題,在其中的飛行員十有八九是是“一飛沖天”然後“有去無回”了。

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人體能承受的過載示意圖

值得一提的是,雖然明白這一點,但是人們依舊沒有要放棄研究的意思。畢竟如果飛行器的速度能達到高超音速的范疇,並且再不斷地進行提速,那麼就意味著它能夠以這種速度規避大多數雷達的監測,而這在軍事對抗當中無疑是巨大的優勢

假如某一個國傢的戰機達到了這個速度,就意味著它可以輕松地將攻擊范圍覆蓋到全球,這顯然是一件相當恐怖的事情

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正在空中飛行的戰鬥機

大傢在明白載人飛行器難以做到更高速度的情況下,就將研究的重點轉向了高超聲速武器的研究,各國在該領域的競爭愈演愈烈。

咱們在上文中提到,在給馬赫數分級的時候,當其數值大於5時就已經是高超聲速了。而在高超聲速武器的范圍定義當中,除了要讓飛行馬赫速度大於5以外,飛行高度還要小於90公裡

在這一領域投入比較多的就是美國了,自進入二十一世紀,美國一直在積極研制相關的武器和設備,比如說咱們上文中所說的創造記錄的X-43A就是他們的得意之作

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NASA旗下研究中心的飛行實驗機

美國顯然很明白“天下武功,唯快不破”的意思,所以很早就將其當成了“常規快速全球打擊”計劃當中的一部分

資料顯示,美軍在研髙超聲速武器項目有7個,涉及陸、海、空三軍和國防高級研究計劃局。2022年,美國國防部為高超聲速武器研發申請了38億美元的預算。

當然除了美國以外,俄羅斯、澳大利亞、法國、德國等都有投入研制高超聲速武器,可以看出大傢對此都十分關註,畢竟高超聲速武器帶來的威脅確實很大。如果你擁有了這個利器,哪怕按兵不動,也有著超強的威懾力

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高超音速武器原理圖

首先由於速度太快,會使傳統防禦系統的探測距離和反應時間縮短,這是第一個恐怖的威脅。其次就是由於高超聲速武器所處環境特性的復雜,其周圍的大氣密度變化十分激烈,這樣的話防禦系統就很難對其進行精準的跟蹤

此外還有難以預測彈道和難以攔截的問題,比如赫赫有名的“錢學森彈道”,它就讓人摸不著頭腦。核心在於,你甭管我怎麼飛,隻要導彈能到目標傢門口就算是成功了。要不怎麼說“東風快遞,使命必達”呢,既然發射了,肯定是不能被拒收的。

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錢學森彈道軌跡

總的來說,由於高超聲速的恐怖實力,目前有能力的國傢不是在研制相關的飛行器或者武器,就是在費盡心思地升級自己的防禦系統

當然,更多時候大傢都是雙管齊下。在研究成果越來越多的情況下,馬赫這個形容“速度”的單位也變得越來越常見。相信大傢現在已經明白了馬赫到底是什麼,並且對其速度大約是多少也有了一定的了解。

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就讓我們期待更多超越速度的存在吧!

此外,如果大傢感興趣並有機會的話,還可以前往我國火箭發射場,去看看神奇的“馬赫環”,體會一下在那種速度之下,壓縮波和膨脹波相互作用下會形成什麼奇妙的東西。