你一定听过这个词:“超音速飞行,达到1马赫。”
但你知道1马赫到底是多少公里每小时?飞到这个速度,是种什么感觉呢?
什么是“马赫”?
简单来说,马赫数是指物体速度与当地音速的比值。马赫是该比值的单位符号。二者关系类似于“质量”与“千克”。
1马赫 =当地空气中的音速。
2马赫 = 两倍音速。以此类推。
这个单位是为了更科学地描述在不同环境下的高速运动状态。
而且,“马赫”这个名字,也是为了纪念奥地利-捷克的一位物理学巨匠——恩斯特·马赫。
19世纪末,马赫研究了高速流体力学和冲击波现象,是超音速理论的奠基人之一。
所以后来,科学家为了致敬他,把这个高速比值叫做“马赫数”。
1马赫到底是多少公里每小时?
很多人以为音速是固定值,比如常听说:
音速 = 1225km/h。
其实,这只是在标准大气压、15℃气温、海平面高度的情况下测得的值。
实际上,音速随环境变化而变化:
音速本质上取决于气体分子的运动速度——气温越高,分子运动越快,音速也越快;反之亦然。
所以飞机在地面附近飞行时,1马赫大约是1225 km/h;但到了高空稀薄寒冷的环境,1马赫就下降到1000km/h左右。
总的来说,你可以粗略理解成:
1马赫≈ 1220~1230公里/小时
这比高铁(约350 km/h)快3.5倍,比F1赛车(约380 km/h)快3.2倍,比喷气式民航机(900km/h)还要快30%左右。
突破1马赫,为什么是飞行史上的“生死线”?
在亚音速飞行时(小于0.8马赫),空气可以顺畅绕过机身流动。
但当接近1马赫时,情况就完全变了。
空气来不及躲开,被压在飞行器前方,形成激波,这种现象引发的阻力骤增被称为音障。
而这带来了几个致命挑战:
气动加速度飙升:小小操纵动作都会造成巨大压力,极易失控;
机身振动加剧:激波冲击让飞机震颤,有些早期飞机会直接空中解体;
操控反转:一些飞机甚至会出现“拉升下沉”的反常反应,非常危险。
这也是为什么,1947年查克·耶格尔驾驶贝尔X-1突破音障时,几乎是在赌命。
在马赫数接近1的那一刻,飞机方向舵几乎失灵,他靠着改装过的“稳定尾翼”才勉强冲了过去,成为人类历史上第一位“打破声音墙”的人。
超马赫飞行,现在是什么水平?未来又会怎样?
最早突破1马赫的,不是飞机,而是——子弹。
火药发射出的标准步枪子弹,初速通常在600~1200米/秒(约1.75-3.5马赫,海平面标准)之间,很多型号在离开枪口时就已经超音速,达到1马赫以上。
而今天的军事和航天领域,已经把这个速度推向了更疯狂的高度:
普通战斗机(如F-22)巡航速度在1.8马赫左右;
高超音速导弹(如俄罗斯“锆石”导弹)飞行速度则能达到8-9马赫;
而NASA的X-43A无人机,试验飞行速度记录是9.6马赫,每小时近1万公里!
未来,人类正在研发高超音速武器(速度≥5马赫),能在10分钟内打击全球任何目标。
还有高超音速民航客机,预计可在2小时内从北京飞到纽约(当然,目前仍面临材料、气动、成本等一系列挑战)。
马赫数,不只是军事噱头,它是真正改变交通、战争、经济格局的潜力技术。
音爆云
每次超音速突破,飞行器周围会瞬间形成一种震撼的现象——普朗特尔-格劳特凝结云。
简单说,就是因为局部气压急剧下降,导致空气水汽凝结,形成一圈白色的圆环,就像飞机在穿破一堵“无形墙壁”。
这种现象被称为音爆云,在高速摄影中非常壮观。
而在地面听到的那一声巨响,不是飞机本身撞破了什么,而是激波在传递到你耳边时的能量释放。
总结
突破1马赫,不只是追求快,而是对物理极限的挑战。1马赫,是人类第一次听见自己打破沉默的声音。也是每一次科技跃迁背后,悄无声息但决绝的一次次加速。
所以,别小看“1马赫”这个词,它承载着人类飞天梦里最勇敢的一声呐喊。
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