Mach Geschwindigkeit ist, wenn ein objekt bewegt sich schneller als die geschwindigkeit von sound. Für normale und trockene Bedingungen und Temperaturen von 68 Grad F sind dies 768 mph, 343 m/s, 1,125 ft/s, 667 Knoten oder 1,235 km/h.
Wenn Sie jemals einen Film mit Kampfjets gesehen haben, haben Sie wahrscheinlich gehört, dass sie über Mach-Zahlen sprechen. Doch während Piloten in diesen Filmen routinemäßig über Flugzeuge sprechen, die mit Mach 2 oder 3 reisen, was bedeutet das in Wirklichkeit?, Wie sich herausstellt, zeigen Mach-Zahlen keine festgelegte Geschwindigkeit an, und zwei verschiedene Ebenen können tatsächlich dieselbe Mach-Nummer haben, während sie sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen.
Letztendlich werden Mach-Zahlen durch ihre Beziehung zur Schallgeschwindigkeit definiert. Die Schallgeschwindigkeit ist jedoch nicht konstant und kann tatsächlich stark schwanken, abhängig von den atmosphärischen Bedingungen, die an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit beobachtet werden.
Was Ist Mach 1?,
Mach-Zahlen wurden dank der Arbeit von Ernst Mach, einem österreichischen Physiker, erstellt. Während Mach viel zu den Bereichen Kosmologie und Optik beigetragen hat, war er derjenige, der zuerst die Schallgeschwindigkeit beschreibt, sowie was passiert, wenn ein Objekt die Schallgeschwindigkeit überschreitet. Mach bemerkte, dass, wenn Objekte schneller beschleunigen als die Schallgeschwindigkeit, ein interessantes Phänomen auftritt.
Wenn sich ein Flugzeug der Schallgeschwindigkeit nähert, können die Schallwellen, die vom Flugzeug selbst emittiert werden, dem Flugzeug nicht voraus sein., Dies führt dazu, dass sich die Schallwellen anhäufen und sich in einem Schallkegel ansammeln, der sich direkt hinter dem Flugzeug bildet. Wenn das Flugzeug einen Bereich passiert, wird der gesamte angesammelte Schall auf einmal freigesetzt, während sich der Schallkegel schnell ausdehnt. Dies ist der Mechanismus, der Schallbooms erzeugt.
Mach 1 bezieht sich auf den Punkt, an dem ein Flugzeug die Schallgeschwindigkeit überschreitet und einen Schallboom erzeugt., Was ist die genaue Schallgeschwindigkeit? Diese Frage ist schwieriger zu beantworten, als Sie denken würden, da die genaue Schallgeschwindigkeit von einer Vielzahl von Variablen abhängt, wie der aktuellen Temperatur und dem Luftdruck der Luft, durch die der Schall strömt.
In der Regel beträgt die Schallgeschwindigkeit bei einer Lufttemperatur von 0 Grad Celsius (32 Grad Fahrenheit) ungefähr 331 Meter pro Sekunde (1,087 Fuß pro Sekunde)., Im Allgemeinen kann Schall schneller in der wärmeren Luft reisen, so dass, wenn die Temperatur bei 20 Grad Celsius (oder 68 Grad Fahrenheit) ist die Schallgeschwindigkeit bei 343 Metern (oder 1127 Fuß) pro Sekunde. Beachten Sie, dass die hier angegebenen Zahlen die Schallgeschwindigkeit auf Meereshöhe widerspiegeln und in höheren Höhen die Schallgeschwindigkeit schrittweise langsamer wird.
Überschall-und Hyperschallgeschwindigkeiten
Das deckt Mach 1 ab, aber was ist mit den anderen Mach-Zahlen? Einfach ausgedrückt bedeutet Mach 2, dass ein Flugzeug die doppelte Schallgeschwindigkeit fährt., Mache 3 bedeutet, dass ein Flugzeug dreimal die Schallgeschwindigkeit fährt und so weiter. Denken Sie daran, dass diese anderen Mach-Geschwindigkeiten wie Mach 1 relativ sind und unter diesen spezifischen Bedingungen das Zwei-oder Dreifache der Schallgeschwindigkeit widerspiegeln. Im Allgemeinen kann die Mach-Nummer eines Flugzeugs bestimmt werden, indem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch die Schallgeschwindigkeit in der gegebenen Höhe des Fahrzeugs dividiert wird.
In Bezug auf die verschiedenen Mach-Zahlen fallen sie in einige verschiedene Kategorien. Die Mach-Zahlen können in transonische, Überschall -, Hyperschall-und High-Hypersonic-Kategorien unterteilt werden.,
“ Die meisten Piloten lernen, wenn sie an ihren Flügeln hängen und in einen Kämpfer steigen, besonders, dass das eine, was Sie nicht tun, Sie glauben nichts jemand erzählt dir von einem Flugzeug.“- Chuck Yeager
Während alles unter Mach 1 als Subsonic gilt, werden Flugzeuge, die ungefähr Mach 1 fliegen, als Transonic craft betrachtet. Dies deckt Fahrzeuge ab, die sich mit 0,8 bis 1,3 Mach bewegen., Der Kompressionseffekt von Schall kommt um Mach 1 in Betracht, und wegen des hohen Widerstands, der durch die Kompression erzeugt wird, haben Transonic-Flugzeuge typischerweise Flügel gefegt, um mit dem Widerstand fertig zu werden.
Von 1,3 Mach bis 5,0 Mach existiert der Überschallgeschwindigkeitsbereich, Luft verhält sich über Mach 1 ganz anders, so dass Flugzeuge, die mit Überschallgeschwindigkeiten fliegen, extrem aerodynamisch mit scharfen Kanten und beweglichen Canards sein müssen., Kontinuierliche Stoßwellen werden von Flugzeugen erzeugt, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen, was ihr glattes Design erfordert. Flugzeuge, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen, müssen ebenfalls aerodynamisch beheizt sein.
Das allererste Überschallflugzeug war die Bell X-1, ein experimentelles raketengetriebenes Flugzeug. Die meisten Flugzeuge, die Mach 1 überschreiten, werden entweder experimentell oder militärisch sein. Es besteht selten die Notwendigkeit, dass ein ziviles Fahrzeug Mach 1 oder höher fährt, obwohl versucht wurde, Überschallpassagierreisen zu einer echten Sache zu machen., Die Concorde war ein Überschall-Passagierflugzeug, aber letztendlich wurde entschieden, dass die Betriebskosten ihre Verwendung nicht rechtfertigten und das Projekt eingestellt wurde.
Die Kampfjets, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen können, wie der F-15 Eagle oder der F-35 Lightning II, müssen Zugeständnisse in ihrem Design machen, damit dass sie sich bei niedrigeren Geschwindigkeiten noch angemessen bewegen und kämpfen können., Zu den „echten“ Überschalljets (Jets, die für den Hauptzweck der Bewegung mit Überschallgeschwindigkeit entwickelt wurden) gehören die oben erwähnte Concorde und die SR-71 Blackbird.
Der Geschwindigkeitsbereich von Mach 5 bis Mach 10 gilt als Hyperschall. Bei Hyperschallgeschwindigkeiten wird ein Teil der Energie eines Flugzeugs tatsächlich die chemischen Bindungen anregen, aus denen Sauerstoff-und Stickstoffmoleküle in der Luft bestehen. Dies bedeutet, dass Flugzeuge, die sich so schnell bewegen, erfordern, dass die Chemie der Luft bei der Gestaltung berücksichtigt wird.,
Hyperschall-Flugzeug X-15, die experimentelle Forschung im Handwerk und der Boeing X-37 Orbital Test Vehicle. Die X-15 stellte 1967 den Rekord für die höchste Geschwindigkeit auf, die jemals von einem bemannten Flugzeug mit fast 7,237 Stundenkilometern (4,520 Meilen pro Stunde) erreicht wurde, pilotiert von William J. Knight. Inzwischen ist die X-37 ein Versuchsfahrzeug, das von Boeing verwendet wird, um wiederverwendbare Weltraumtechnologien zu testen und Experimente im Weltraum durchzuführen, die dann zur Erde zurückkehren können.,
Jede Geschwindigkeit über Mach 10 gilt als im Hoch-Hyperschall-Bereich. Bei diesen Geschwindigkeiten nimmt die aerodynamische Form eines Fahrzeugs ein wenig den Rücksitz zur thermischen Steuerung, da die schiere Reibung in der Atmosphäre ein Fahrzeug auf extreme Temperaturen aufheizen kann. High-Hypersonic-Designs sind in der Regel viel stumpfer als normale Hyperschall-oder Überschall-Designs.
NASA X-43 experimentellen Handwerk ist einer der am schnellsten Flugzeug der Welt, der fähig ist, erreichen Hohe-Hyperschall-Geschwindigkeit von rund Mach 9.6, oder 12,100 Kilometer pro Stunde (7,520 MPH) in Höhen von mehr als 30.000 Metern (98,400 ft). Es hat einen charakteristischen stumpfen Nosecone, der geschaffen wurde, um mit dem rauen atmosphärischen Widerstand und der Kompression umzugehen, die das Fliegen mit diesen Geschwindigkeiten mit sich bringt.,
Da Wissenschaftler und Ingenieure weiterhin an Handwerken arbeiten, die leichter Überschall-und Hyperschallgeschwindigkeiten erreichen können, eröffnen sich immer mehr Möglichkeiten. Die Forscher untersuchen die Anwendungen für neue Super – und Hyperschallflugzeuge, und dazu gehört auch eine mögliche Wiederbelebung des Überschallpassagierverkehrs. In Zukunft könnte es sogar möglich sein, in nur vier Stunden von Hongkong nach Los Angeles zu reisen. Denken Sie daran, dass Ihre Mach-Geschwindigkeit dabei schwankt.
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