你一定聽過這個詞:“超音速飛行,達到1馬赫。”
但你知道1馬赫到底是多少公里每小時?飛到這個速度,是種什么感覺呢?
什么是“馬赫”?
簡單來說,馬赫數是指物體速度與當地音速的比值。馬赫是該比值的單位符號。二者關系類似于“質量”與“千克”。
1馬赫 =當地空氣中的音速。
2馬赫 = 兩倍音速。以此類推。
這個單位是為了更科學地描述在不同環境下的高速運動狀態。
而且,“馬赫”這個名字,也是為了紀念奧地利-捷克的一位物理學巨匠——恩斯特·馬赫。
19世紀末,馬赫研究了高速流體力學和沖擊波現象,是超音速理論的奠基人之一。
所以后來,科學家為了致敬他,把這個高速比值叫做“馬赫數”。
1馬赫到底是多少公里每小時?
很多人以為音速是固定值,比如常聽說:
音速 = 1225km/h。
其實,這只是在標準大氣壓、15℃氣溫、海平面高度的情況下測得的值。
實際上,音速隨環境變化而變化:
音速本質上取決于氣體分子的運動速度——氣溫越高,分子運動越快,音速也越快;反之亦然。
所以飛機在地面附近飛行時,1馬赫大約是1225 km/h;但到了高空稀薄寒冷的環境,1馬赫就下降到1000km/h左右。
總的來說,你可以粗略理解成:
1馬赫≈ 1220~1230公里/小時
這比高鐵(約350 km/h)快3.5倍,比F1賽車(約380 km/h)快3.2倍,比噴氣式民航機(900km/h)還要快30%左右。
突破1馬赫,為什么是飛行史上的“生死線”?
在亞音速飛行時(小于0.8馬赫),空氣可以順暢繞過機身流動。
但當接近1馬赫時,情況就完全變了。
空氣來不及躲開,被壓在飛行器前方,形成激波,這種現象引發的阻力驟增被稱為音障。
而這帶來了幾個致命挑戰:
氣動加速度飆升:小小操縱動作都會造成巨大壓力,極易失控;
機身振動加?。?/strong>激波沖擊讓飛機震顫,有些早期飛機會直接空中解體;
操控反轉:一些飛機甚至會出現“拉升下沉”的反常反應,非常危險。
這也是為什么,1947年查克·耶格爾駕駛貝爾X-1突破音障時,幾乎是在賭命。
在馬赫數接近1的那一刻,飛機方向舵幾乎失靈,他靠著改裝過的“穩定尾翼”才勉強沖了過去,成為人類歷史上第一位“打破聲音墻”的人。
超馬赫飛行,現在是什么水平?未來又會怎樣?
最早突破1馬赫的,不是飛機,而是——子彈。
火藥發射出的標準步槍子彈,初速通常在600~1200米/秒(約1.75-3.5馬赫,海平面標準)之間,很多型號在離開槍口時就已經超音速,達到1馬赫以上。
而今天的軍事和航天領域,已經把這個速度推向了更瘋狂的高度:
普通戰斗機(如F-22)巡航速度在1.8馬赫左右;
高超音速導彈(如俄羅斯“鋯石”導彈)飛行速度則能達到8-9馬赫;
而NASA的X-43A無人機,試驗飛行速度記錄是9.6馬赫,每小時近1萬公里!
未來,人類正在研發高超音速武器(速度≥5馬赫),能在10分鐘內打擊全球任何目標。
還有高超音速民航客機,預計可在2小時內從北京飛到紐約(當然,目前仍面臨材料、氣動、成本等一系列挑戰)。
馬赫數,不只是軍事噱頭,它是真正改變交通、戰爭、經濟格局的潛力技術。
音爆云
每次超音速突破,飛行器周圍會瞬間形成一種震撼的現象——普朗特爾-格勞特凝結云。
簡單說,就是因為局部氣壓急劇下降,導致空氣水汽凝結,形成一圈白色的圓環,就像飛機在穿破一堵“無形墻壁”。
這種現象被稱為音爆云,在高速攝影中非常壯觀。
而在地面聽到的那一聲巨響,不是飛機本身撞破了什么,而是激波在傳遞到你耳邊時的能量釋放。
總結
突破1馬赫,不只是追求快,而是對物理極限的挑戰。1馬赫,是人類第一次聽見自己打破沉默的聲音。也是每一次科技躍遷背后,悄無聲息但決絕的一次次加速。
所以,別小看“1馬赫”這個詞,它承載著人類飛天夢里最勇敢的一聲吶喊。
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