在航空航天以及高速运动的相关领域中，我们常常会听到“马赫”这个术语。那么，马赫究竟是什么？1马赫的速度又有多快呢？
马赫，即马赫数（Mach number），物理符号为$M$或$Ma$ 。它是一个无量纲参数，是流体压缩性的动态量度，本身没有常规意义上像米每秒、千米每小时这样的单位，其大小也并非固定不变。马赫数是气流速度（$v$）与当地音速（$a$）的比值，用公式表示为$M=\frac{v}{a}$ 。这一概念是为了纪念奥地利物理学家恩斯特·马赫（Ernst Mach，1838 - 1916）而命名，他在物体在气体中的高速运动研究方面贡献卓越，发现了激波，并通过纹影技术拍摄下激波的清晰照片。如今，马赫数已成为表征流体运动状态的关键参数，在空气动力学等领域被广泛应用，尤其是用于衡量飞机、火箭等航空航天飞行器的速度。
要了解1马赫的速度有多快，首先要明确音速的概念。音速指的是在特定环境条件下，气体传播声音的速度，一般情况下我们讨论的是空气中的音速。但音速并非一个恒定值，它受多种因素影响，其中温度对其影响较为显著，此外，压力以及大气密度等状态也会改变音速的数值 。在1个标准大气压和15℃的条件下，空气中的音速约为340m/s 。按照马赫数的定义，在这种标准状况下，1马赫的速度就是340m/s 。换算成常见的时速单位，1小时等于3600秒，那么1马赫就约等于340×3600÷1000 = 1224km/h 。然而在实际情况中，随着高度的变化，大气的温度、压力和密度都在改变，例如在10,000m的高度，1马赫约为299m/s，相当于1062km/h 。
根据马赫数的大小，气流状态和物体的运动状态可被划分为不同类型。当马赫数$M$小于0.3时，为亚音速不可压缩流，此时物体所受压力较小，空气流动状态相对稳定；当$M$在0.3到0.8这个区间内，属于亚音速可压缩流，物体高速运动使得空气开始产生较为明显的可压缩性变化；当$M$处于0.8到1.2之间，是跨音速阶段，此时空气动力学特性变得复杂，飞行器会面临诸如激波等特殊现象的影响；当$M$在1.2到5的范围时，物体实现了超音速飞行，如一些高性能战斗机能够达到这一速度区间；而当$M$大于或等于5时，则进入了超高音速领域，像部分先进的导弹以及正在研发的超高音速飞行器等能达到这样的高速。在超音速飞行过程中，当飞行器速度超过音速，会产生“音爆”现象，这是由于空气无法及时被“排开”，从而形成一道激波；同时，当飞机以接近马赫的速度在大气层中飞行时，还可能遭遇“音障”问题，即飞机前方空间会快速聚集大量“压缩空气”，导致飞机受到极大的空气阻力，可操纵性和稳定性变差，严重时甚至会引发飞机剧烈摇晃乃至解体 。
马赫这一概念在航空航天领域意义重大，它不仅用于精确描述飞行器的速度，帮助飞行员和工程师了解飞行器所处的运动状态，同时在研究飞行器的气动特性方面发挥着关键作用，为飞行器的气动设计优化提供重要依据，助力人类不断突破速度的极限，探索更加高效、安全的高速飞行方式。 返回搜狐，查看更多