贺俊杰/文
在培训课程上,给大家讲高真空获得原理时,有一段说明:高真空扩散泵中的金属硅油,在临近300℃产生金属油蒸汽流,从三级喷塔偏转射流,以马赫数等于1的临界点射出。
有不少人提问:马赫数等于1的临界点是多少?
这一点我给大家科普一下:
我们知道马赫是个速度单位,它的命名主要是为了纪念19世纪奥地利物理学家恩斯特·马赫(1838-1916)。
马赫的一个重要贡献,是在测量武器装备在射击发射速度上的快与慢、在距离与速度的运行上与声音传播之比,通过对声音传导的研究,推出了开创性的研究成果,为人类空间速度传导奠定了基础。
随着航空航天技术的发展进步,飞机从亚声速迈向超声速,马赫成了衡量飞行速度的关键指标。
1马赫,相当于常规声速,也就是每秒钟340米。
值得一提的是,声音是靠空气传播的,因此受大气环境因素的影响,气温与湿度,高度越高,空气越稀薄,声音的传播速度越慢,会低于常规的每秒340米。
有的战机高空飞行时,速度能够达到3马赫,比如米格-25。如果降低飞行高度,米格-25就无法达到3马赫的速度。
随着战机的材料技术取得重大突破,外型加以改进设计,现代战机突破了声障,发展出速度超2马赫的战机。而2马赫以上的战机,极大地提升了空军的作战半径和应变能力,改变了空战模式。
中国歼-20的最大飞行速度是2.8马赫,按照一马赫每秒340米来算,歼-20的速度可达到每秒952米,也就是每小时约3427公里,真是快到让人不可思议。
1马赫等于每小时1126公里。
马赫的大约速度换算一般认为以低空相当于340.3 m/s,等同于1225 km/h,761.2 mph,或者1116 ft/s。视为等于声音在15摄氏度的空气中传播的速度。
马赫是表示速度的量词,通常用于表示飞机、导弹、火箭的飞行速度。
马赫数1即为一倍音速。另外,音波可以在固体、液体或是气体介质中传播,介质密度愈大,则音速愈快,因此马赫的大小不是固定的。
马赫数小于1者为亚音速,马赫数大于5左右为超高音速;马赫数是飞行的速度和当时飞行的音速之比值,大于1表示比音速快,同理,小于1是比音速慢。
超音速是指速度比340米每秒大的状态,小于340米每秒的速度称作亚音速,等于340米每秒的速度为穿音速,声音的速度会因为气温的不同或气压的不同,而有所不同。高超音速定义:一般认为大于5倍音速的速度称为高超音速。
标准速度的测试是在气温15℃的海平面测试声音在空气中传播的速度,在水中或其他介质中速度不同。超音速便是指超过声音的传播速度。
Ma= v/a
其中Ma为马赫数,V为飞行速度,a为飞行器所在位置的音速。故,当Ma>1时为超音速。
声音在常温下的空气中,传播速度为344米/秒,一般把这个数定为1马赫。如果飞行器的速度达到688米/秒,就是2马赫。可以换算:1马赫=1238.4千米/小时。
当马赫数Ma<0.3时,流体所受的压力不足以压缩流体,仅会造成流体的流动。在此状况下,流体密度不会随压力而改变,此种流场称为亚音速流,流场可视为不可压缩流场。
一般的水流及大气中空气的流动,譬如湍急的河流、台风风场和汽车的运动等,皆属于不可压缩流场。
但流体在高速运动,比如流速接近音速或大于音速时,流体密度会随压力而改变,此时气体之流动称为可压缩流场。当马赫数Ma>1.0,称为超音速流,此类流况在航空动力学中才会遇到。
根据如上所叙,我们在高真空获得所用的扩散泵油汽流喷咀喷射速率及马赫数等于1的临界点就是马赫数的1倍了。
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