马赫

物理学单位

马赫数是速度与音速的比值，音速(即声音的传播速度)在不同高度、温度与大气密度等状态下具有不同数值，只是一个相对值，每“一马”的具体速度并不固定。马赫其实是奥地利物理学家恩斯特·马赫（Ernst Mach，1838-1916）的名字，由于是他首次引用这个单位，所以用他的名字所命名。

概念解释

马赫数1即一倍音速(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,所以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。

音速

音速是介质中微弱压强扰动的传播速度，其大小因媒质的性质和状态而异。空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340m/秒。

恩斯特·马赫

马赫的命名是为了纪念奥地利学者恩斯特·马赫（Ernst Mach, 1838-1916）。

马赫（Ernst ·Mach，1838-02-18—1916-02-19）奥地利-捷克物理学家、心理学家、哲学家，马赫主义的创始人。1838年2月18日出生在生于摩拉维亚（现属捷克），卒于德国慕尼黑附近的哈尔。

马赫在一生中主要致力于实验物理学的研究，发表过100多篇研究论文和报告。马赫用纹影技术研究飞行抛射体的工作最为人所熟知，他的最重要成就是在研究物体在气体中的高速运动时，发现了激波，并拍摄下激波的清晰照片。他在1887年起的几篇论文中指出：在空气中运动的物体发出以声速c传播的球面扰动波，当物体的速度v大于c时，扰动波的波前形成以物体为顶点的锥形包络面（见马赫锥），锥面母线与物体运动方向所形成的角度α与v、c的关系是sinα=c/v。1907年，L.普朗特首次称角α为马赫角。1929年，J.阿克莱特鉴于比值v/c在空气动力学研究中日益显示出重要性，建议用马赫数表示这一比值。马赫数至今已成为表征流体运动状态的重要参数。第二次世界大战后，超声速飞行和原子爆炸出现，他的研究成果就更受到高度重视。马赫效应、马赫波、马赫角等这些以马赫命名的术语，在空气动力学中广泛使用，可见马赫在力学上的历史性贡献。

马赫数

马赫数在空气动力学中得到广泛应用，一般用于飞机、火箭等航空航天飞行器。

马赫数是速度与音速的比值，音速(即声音的传播速度)在不同高度、温度与大气密度等状态下具有不同数值，只是一个相对值，每“一马”的具体速度并不固定。

如果要把马赫数作为速度单位来使用，则必须同时给出高度和大气条件(一般缺省为国际标准大气条件)，如Ma1.6表示飞行速度为当地声速1.6倍。

相对而言，在高空比在低空更容易达到较高的马赫数。例如，平流层空气稀薄，且只有水平方向气流，没有天气变化，空气阻力小，能见度高。在0℃的海平面上，音速约为331.45m/s≈1193km/h；10000m高空的音速约为1062km/h。因此，无法将Ma值换算为固定的km/h或mplh(英里/小时，俗称”迈”)等单位，马赫数不能作为速度单位使用飞行器的“飞行马数”指飞行器相对于静止大气的速度(空速)与当地声速之比，其中的静止大气具有一定的高度、温度与大气密度。例如，美国SR-71“黑鸟”战略侦察机最大速度Ma3.2~Ma3.5，为进气引最高速记录，D21高空高速无人机最大飞行速度Ma3.3~Ma3.5，均未达到高超音速。高超音速一般是指流动或飞行的速度达到或超过5倍声速，即Ma≥5，目前，国际上实现高超音速飞行的飞行器很少，洲际弹道导弹是其中之一，其弹头的再入速度远大于声速。值得一提的是，美国无人机X-43A突破Ma7，无人太空飞机X37B在太空中达Ma25。

依照马赫数的不同，流体分为几种流况：

不可压缩流

亚音速不可压缩流：M<0.3

可压缩流

亚音速可压缩流：0.3≤M≤0.8

跨音速：0.8≤M≤1.2

超音速：1.2≤M≤5

超高音速：M≥5

应用场景

马赫一般用于飞机、火箭等航空航天飞行器。由于声音在空气中的传播速度随着不同的条件而不同，因此马赫也只是一个相对的单位，每“一马赫”的具体速度并不固定。在低温下声音的传播速度低些，一马赫对应的具体速度也就低一些。因此相对来说，在高空比在低空更容易达到较高的马赫数(摄氏零度之海平面音速约为 1193 km/hr；一万公尺高空的音速约为 1062 km/hr)。

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（Subsonic flow），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（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（Compressible flow）。当马赫数Ma>1.0，称为超音速流（Supersonic flow），此类流况在航空动力学中才会遇到。现在中国已经成功研制出并成功试飞超高音速飞机，最高可达6倍音速。

任何物体在超高音速飞行时其头部的激波后方都会产生超高温气流，因此选择抗热材料是十分必要的。

马赫的大约速度换算一般认为相当于340.3 m/s，又大约等同于1225 km/h，761.2 mph，或者1116 ft/s。即视为等于声音在15摄氏度（59华氏度，288.15开氏度）的空气中传播的速度。

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