Чему равна скорость в 1 Мах — сколько это километров в секунду (час), что такое число Маха и возможна ли скорость в 27 Махов

12 сентября 2019

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Понятие скорости известно нам ещё со школьной скамьи. Если говорить о её физической сущности, то это – расстояние, пройденное движущимся телом (материальной точкой) за определённый промежуток времени.

В качестве расстояния выступают как системные, так и внесистемные единицы (метры, мили, дюймы, углы и др.), время же определяется в секундах или часах. Таким образом, скорость можно выразить многообразием величин, таких как метр в секунду (м/сек), километр в час (км/час), радиан в секунду (1/сек) и т.д.

Несмотря на то, что вышеупомянутые обозначения скорости без труда конвертируются одно в другое, существует ряд областей, где удобно (или исторически принято) измерять скорость в специфических единицах.

скорость в 1 max

Например, моряки предпочитают «узел» (морская миля в час). В астрономии пользуются лучевой (радиальной) скоростью, в космонавтике – космическими скоростями (там их три).

В авиации же, где приходится иметь дело со сверхзвуковыми скоростями, точкой отсчёта, как правило, служит скорость распространения звуковых волн в газообразной среде (проще – скорость звука в воздухе).

Это обусловило появление такой единицы измерения, как «число Маха» (в честь австрийского физика-экспериментатора в области аэродинамики Эрнста Маха). Зачем это нужно, поговорим ниже (а попутно отметим, что к фразе «дал(а) маху» этот учёный отношения не имеет).

Особенности скорости звука

Отличительной чертой скорости звука является то, что она изменяется в зависимости от характера окружающей среды.

В частности, в чугуне скорость звука приблизительно равна 5000 м/сек, в пресной воде – 1450 м/сек, в воздухе – 331 м/сек (1200 км/час). Определение «приблизительно» выбрано неслучайно, поскольку на быстроту прохождения звуковых колебаний влияют и другие факторы.

Для интересующей нас воздушной среды факторами, влияющими на скорость звука, являются:

  1. температура (Т);
  2. давление (Р);
  3. плотность (p);
  4. влажность (f).

Перечисленные показатели тесно взаимосвязаны между собой (так, плотность является функцией от температуры, давления и влажности), а также с высотой над уровнем моря. Влияют они и на скорость звука.

Наглядно эта взаимосвязь показана в нижеприведённой таблице (по данным ИКАО).

Высота, м0500100050001000020000
Давление, кПа101,395,589,954,026,45,5
Плотность, кг/м31,221,171,110,740,410,09
Температура, 0С15128-18-50-56
Скорость звука, м/сек340,3338,4336,4320,5299,5295,0

Главное тут то, что скорость звука существенно меняется в зависимости от высоты.

1 Мах — это сколько километров в секунду

Непостоянство скорости звука (в отличие от скорости света) явилось одной из причин того, что в аэродинамике стали пользоваться параметром, получившим название «Мах».

Мах характеризует движение летательного аппарата (ЛА) в воздушном потоке, иными словами, показывает соотношение между скоростью звука в воздушной среде, обтекающей ЛА, и скоростью самого ЛА. То есть является безразмерной единицей.

Число Маха

1 Мах на приборной доске кабины пилота означает, что самолёт движется со скоростью звука на конкретной высоте.

Если самолет превысит скорость распространения звука на этой высоте в два раза, то на приборной панели будет красоваться 2 Мах (2 М). Общая формула расчета выглядит так:

Расчет числа маха

В литературе встречается и упрощенный подход, где число Маха переводится в линейную скорость (километры в час или в секунду). В качестве эталонной единицы 1 Мах принимается равным 1 198,8 км/час или 333 м/сек, что эквивалентно скорости звука при нормальном атмосферном давлении (101,3 кПа) и нулевой температуре и влажности у поверхности Земли.

Но, как отмечено выше, атмосферные условия меняются с набором высоты, поэтому такой подход не считается корректным и не используется в математических расчётах по аэродинамике.

Когда высоко в небе мы видим реактивный самолёт, оставляющий за собой белый газовый шлейф, а в какой-то момент слышим характерный хлопок, это значит, что самолёт преодолел звуковой барьер, то есть превысил значение 1 Мах (Мах˃1).

В справочной литературе указано, что максимальная скорость истребителя МиГ-29 составляет 2,3 Маха или 2450 км/час. Получается, что в данном случае 1 Мах = 1065 км/час (295,8 м/сек). Сравнив это значение с табличными данными (см. выше), увидим, что оно соответствует высоте порядка 18 000 м, что на самом деле и является практическим потолком МиГ-29.

Подытожим. Отвечая на вопрос «какова скорость 1 маха в километрах в час» мы должны, уточнить о какой высоте полета идет речь. Посмотреть на приведенную выше таблицу и взять наиболее близкое к нужной высоте значение скорости звука и умножить его на единицу (1 Мах) или на 27, как в случае со скоростью Авангарда (об этом читайте ниже).

27 Махов — это мечта или реальность

  1. Скорость от 1 до 5 Махов считается сверхзвуковой
  2. Более 5 Махов – гиперзвуковой
  3. 23 Маха – это уже первая космическая скорость

А вот о скорости в 27 Махов заговорили в конце 2018 года, когда гиперзвуковая ракета боевого назначения «Авангард» преодолела этот рубеж на пусковых испытаниях, что сделало её недосягаемой для средств противовоздушной обороны противника.

Если принять упрощённый подход, о котором говорилось выше, то 27 Махов – это порядка 9 000 м/сек или 32 400 км/час. Но это у поверхности Земли. На высоте в 10 км это будет уже порядка 8 000 м/сек (27 х 299,5) или 28 800 км/час. В любом случае трудно себе представить, что материальное тело может летать с такой скоростью.

Хотя, что я говорю? Посадочные модули космических кораблей (и сами корабли — наш Буран или американские шаттлы) входят в атмосферу земли и на бОльших скоростях. Например, если американцы действительно были на луне, то входить в атмосферу земли при возвращении они должны были на скорости 40 Махов!

Поэтому 27 Махов — это реальность, доступная человечеству еще в шестидесятые года прошлого столетия (глупости про то, что нет материалов способных защитить от неизбежного при этом перегрева, я отнесу на необразованность).

Так в чем же инновация Авангардов? В том, что они могут достаточно долго лететь на этой скорости (планировать) и при этом маневрировать и по высоте, и по углу.

Сбить летящую на бешенной скорости, но по заданной траектории цель не сложно (простая математика). Другое дело сбить цель, которая на такой скорости хаотично (непредсказуемо) маневрирует. Для этого противоракета должна двигаться еще быстрее, а вот это уже невозможно (вверх лететь, это вам не вниз падая планировать).

Сверхзвуковой самолет

В то же время следует отметить, что ракетный двигатель не в состоянии обеспечить длительный установившийся полёт на такой скорости. Эту задачу учёные и конструкторы пытаются решить с помощью гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД), способного работать непрерывно в течение десятков минут.

Так что исследования по созданию полноценного гиперзвукового ЛА продолжаются как в России, так и за рубежом. Видимо, у нас они уже дали результат либо было найдено альтернативное решение.

Почему еще можно быть уверенным, что Авангард действительно соответствует заявленным МО характеристикам?

Посудите сами. Удар был нанесен по цели на камчатском полигоне, который отстоит всего на сотню миль от американских радаров, и которые без проблем могут отследить чуть ли не всю важнейшую стадию полета инновационной ракеты. Для чего это сделали? Можно было ведь и другие полигоны использовать?

Нужно было дать возможность противнику убедиться в заявленных характеристиках. Они убедились и это очень важно (остужает горячие головы). Теперь уже пусть они ломают голову, как это возможно и на каких физических принципах основано.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Десерт
* Нажимая на кнопку "Подписаться" Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

Подборки по теме

Использую для заработка

Рубрика: Отвечаю на частые вопросы

Комментарии и отзывы

Александр

Американцы будут ломать голову не над проблемой как сделать аналог «Авангарда», а над тем кому первому заплатить за секреты. Увы, количество предателей, любителей зелёной резаной бумаги, перешло критическую величину и развалило СССР. Продать все секреты СССР пытались очень многие. И они, предатели, никуда не делись. Каждый день их по телевизору показывают.

влад

скорость звука зависит от многих причин , чем плотнее среда , тем быстрее его распространение ,

Геннадий

Автор в начале статьи уведомляет нас о том, что скорость звука в воздухе составляет около 1200м/с, но втаблице, которую он приводит ниже, мы видим, что скорость звука находится в пределах около 300м/с.На какую аудиторию нацелена подобная наукоёмкая публикация?

Дмитрий

Спасибо, что заметили. Перепутал размерность 1200 км в час и 331 метр в секунду. Поправил.

сергей

Проблема не только сбить, но еще зафиксировать радаром объект летящий со гиперзвуковой скорости. Поэтому отследить радарами весь путь ракеты не получится.

Павел

Просто и ясно. Спасибо автору. а главное, что на «почтовых ящиках» ветераны сохранили науку и сами предприятия. В середине 90_х казалось все конец.Ан нет. Всем здоровья.

Rey

Про 27 Маха все почему-то решили, что эту скорость авангард развил в плотных слоях атмосферы. Вы где это вычитали? в каком прессрелизе?

Аноним

Интересно,что за материал?При такой скорости 27 мах расплавится метал и даже сам черт.

Дмитрий

Да, метал расплавится, но не сразу. Вообще задача не тривиальная (есть варианты, когда обшивка крошится одновременно забирая с собой тепловую энергию), а вот образец покрытия можно увидеть, например, на Буране.

Владимир

Уважаемый Дмитрий.

Разберитесь какая сила толкает сверхзвуковой самолёт или ракету, разобравшись поймёте, надеюсь,что начиная с понятий и определений и элементарных примеров из курса физики какая сила называется толкающей, а какая тянущей — тягой, поймёте, что аппараты в воздушной или жидкой среде двигаются под действием толкающей сила, а не реактивной, и тем более тяги, как всех учит ошибочная теория.

Почитайте о принципе возникновения реактивной силы -силы реакции, возникающей только при отбросе части массы. Но толкающее усилие в воздушных и водных аппаратах создаётся массой перешедшей в газообразное состояние с давлением, превышающим всегда при работающем двигателе давление окружающей аппарат среды.

При этом хоть газы и обладает массой, но она не учитывается в термодинамике, изучающей газы. Толкающую силу создаёт постоянная генерация повышенного давления в двигателе над давлением окружающей среды и перепад давления вынуждает газы вырываться в зону пониженного давления.

Ни какой реактивной силы, тем более тяги(это осталось от пропеллера для самолётов, который тянул за собой самолёт) при расширении находящихся под избыточным давлением газов не создаётся.

Толкает их усилие давления газов, создаваемое внутри двигателя и действующее на внутреннюю поверхность полости двигателя.Пример для уяснения написанного. Из чего следует не масса, а давление массы создаёт силу толкающую пулю.

Александр

Это ГДЕ у нас такой полигон находится, что расположен всего лишь в сотне миль от амерских радаров?

Автор, с географией то хоть НЕМНОГО дружишь? С математикой у тебя, как видно, все в порядке, а вот с географией-полный швах.Где там в сотне миль от Оренбурга находятся амерские радары, расскажи нам...

Дмитрий

Видимо не так выразился (поправил в тексте). Штука в чем. Не откуда запуск был, а где была поражена цель (где этот самый гиперзвук был достигнут и показаны возможности маневрирования).

А цель была на Камчатке. Точнее на полигоне Кура. Он расположен примерно в 6 тысячах километров от полигона запуска, но... Всего в сотне миль от радаров наших закадычных партнеров (Аляска).

Владимир

Как же так, ведь американцы эти все скорости ещё в 1969-м году превысили, когда летели на Луну? И вдруг все технологии похерили

Гость

При таких скоростях в атмосфере вольфрам расплавится за 3.5 минуты.

Дмитрий

Вы еще посчитайте сколько будет весить теплозащита из вольфрама. Круче будет только жаропрочными кирпичами обложить ракету.

Используют гораздо более «хитрые» и легкие материалы. Некоторые из них постепенно разрушаясь уносят с собой и излишнее тепло. Другие распределят его по объему, чтобы снизить нагрев обтекателя.

Еще раз подчеркну, что американцы решили эту задачу еще в начале 60-х годов, при посадке лунных шаттлов с людьми. Здесь же людей нет и нет таких требований к соблюдению температурного режима.

Антон

Там же не идиоты сидят, до таких скоростей добрались а как справлятся в перегревом не научились, не порите ерунду, самолеты давно гиперзвук преодолели, вы к слову знаете что при таких нагревах образуется плазма?

она ведь шатлы не плавит при входе в атмосферу, а там скорости извините меня, поболее чем 27 махов, и ниче, и люди живы и здоровы.

Alex

Больше всего вопросов вызывает возможность «на такой скорости хаотично (непредсказуемо) маневрировать». Представляете какие возникнут перегрузки при радиусе маневра даже в несколько километров? Даже если там поворотное сопло, а не рули, то это вызовет кроме механических и дополнительные тепловые нагрузки. Причем, маневрировать имеет смысл при приближении к цели, а это уже плотные слои атмосферы.

Аноним

В том то и «фишка» что управление происходит при воздействии магнитного поля создаваемого в ЛА на плазменную «оболочку» ЛА

Agelena

«Посадочные модули космических кораблей (и сами корабли — наш Буран или американские шаттлы) входят в атмосферу земли и на бОльших скоростях. Например, если американцы действительно были на луне, то входить в атмосферу земли при возвращении они должны были на скорости 40 Махов!»

На такой скорости могут войти в атмосферу метеориты, а то и ещё на бОльших скоростях. Вопрос, что происходит с ними потом? Просто сгорают, взрываются ещё в стратосфере, на землю падают обломки.

А вот для плавного схода челнока, или спускаемого аппарата Союза с орбиты, им необходимо снизить скорость до значений, ниже первой космической. 7800 м/с, 23 маха. И то, на таких скоростях они не могут маневрировать даже в верхних слоях атмосферы. Они просто тормозят. По прямой, ни в право, ни влево.

Дмитрий

Никто же не спорит, что это революционное достижение, иначе бы подобные аппараты были у всех более менее значимых игроков. Примеров подобного поведения на таких скоростях еще не было.

Но, наши закадычные «партнеры» не высказывают скепсиса, ибо им была предоставлена возможность произвести замеры и необходимые подтверждающие наблюдения. Для них этот запуск и производился.

Хотя, многим «с дивана» и «на глазок» виднее, конечно же.

Аноним

Все это только теория на практике если тело полетит с такой скоростью то развалится в первую же минуту полёта

Владимир

Человек просто хотел узать какая средняя скорость. такую ахинею понесли вумники

Текст Вашего сообщения:

* Нажимая на кнопку "Добавить комментарий" или "Подписаться" Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

Подписаться на новые комментарии к этой статье