عدد ماخ: تفاوت میان نسخه‌ها

عدد [[ماخ]] از نام [[ارنست ماخ]]، فیلسوف و فیزیکدان چک – اتریشی تبار گرفته شده‌است. عدد ماخ بیشتر به عنوان یک کمیت بدون اندازه شناخته می‌شود تا یک واحد [[اندازه‌گیری]]، به این خاطر عدد در هنگام همراه بودن با کلمهٔ ماخ، بعد از آن قرار می‌گیرد. برای نوشتن دو ماخ به جای ۲ماخ (2 mach)، شکل ماخ 2 (mach2) بکار برده می‌شود. این کلمه تا اندازه‌ای یادآور واحد قدیمی [[ژرفاسنجی]] مدرن اقیانوس ''مارک مترادف قولاج'' است که زودتر از ماخ بوجودبه وجود آمده و احتمالاً بر استفاده از واژهٔ ماخ تأثیر گذاردهتأثیرگذارده است. یک دهه قبل از آنکه انسان سریعتر از صوت پرواز کند، مهندسان هوانوردی برای اشاره به سرعت صوت از کلمهٔ عدد ماخ استفاده می‌کردند، نه ماخ.

| بیشتر هواگردهای ملخ‌دار ازجمله بالگردها و هواپیماهای تجاری در این طبقه‌بندی هستند. هواپیماهای این دسته، ظاهری معمولی دارند و بال‌هایشان به شکل متعارف است. لبهٔ حمله بالهایشان گِرد می‌باشد و زاویه بالهابال‌ها تقریباً عمود با بدنه است. در هنگام پرواز این هواپیماها، جریان هوای برخورد کنندهبرخوردکننده با تمام اجزای هواپیما ازجمله بال، دم، بدنه و دماغه، همگی سرعتی پایین‌تر از یک ماخ است. هواگردهای [[سوخو-۲۵]]، [[بل بوئینگ وی-۲۲ آسپری]]، [[مسرشمیت ب‌اف ۱۰۹]]، [[بوئینگ ۷۴۷]] و [[خانواده ایرباس ای۳۲۰|ایرباس ای۳۲۰]] در طبقه‌بندی زیرصوت جای می‌گیرند.

| هواپیماهایی که دارای سرعت نزدیک به صوت هستند معمولاً بالهایبال‌های آنهاآن‌ها کمی متمایل به عقب است. اینکار باعث تأخیر در واگرایی درگ شده و این ویژگی از قانون مساحت اجسام پیروی می‌کند. جریان هوای عبوری از کنار بخشهایبخش‌های مختلف این هواپیماها معمولاً متفاوت است. مثلاً جریان هوای عبوری از پهلوی دماغه ۱٫۱ ماخ و جریان هوای عبوری از کنار بالهابال‌ها ۱ ماخ و جریان عبور از کنار دم هواپیما ۰٫۹ ماخ باشد. این هواپیماها بصورتبه صورت ناقص به سرعت صوت می‌رسند؛ بنابراین توانایی ندارند بطوربه‌طور کامل از [[دیوار صوتی]] عبور کنند. هواپیمای [[اف-۱۰۲]] در این طبقه‌بندی جای می‌گیرد. سرعت ۱ ماخ در بازهٔ شبه‌صوت جای دارد.

| سرعت زِبَرصوت به سرعتی گفته می‌شود که جریان هوای عبوری از کنار تمام اجزای هواپیما بیشتر از ۱ ماخ باشد؛ ولی درصورتی که لبه حمله بال هواپیما با سرعت یک ماخ با هوا برخورد کند، مطمئناً در بخش لبه فرار سرعت آن کاسته خواهد شد؛ بنابراین هواپیما باید سرعتی بیشتر از یک ماخ داشته باشد تا در آخرین جزء که دم هواپیماست، جریان هوا بیش از یک ماخ باقی بماند. به‌طور کلی پذیرفته شده که برخورد دماغه هواپیما با سرعت بیش از ۱٫۳ ماخ، منجر به رسیدن به سرعت زِبَرصوت می‌گردد. هواپیماهایی که به سرعت زِبَرصوت می‌رسند دارای آیرودینامیک ویژه‌ای هستند و مواد به کار رفته در بدنهٔ آنهاآن‌ها کیفیت بالاتری دارند. کاناردهای دم و دماغه (باله) و لبه‌های تیز در بخشهایبخش‌های مختلف بدنه این هواپیماها مشاهده می‌شوند. هواپیماهایی همانند [[کنکورد (هواپیما)|کنکورد]]، [[لاکهید اس آر-۷۱]]، [[سوخو-۵۷]]، [[داسو رافال]]، [[یوروفایتر تایفون]]، [[لاکهید مارتین اف-۲۲ رپتور]] و [[سوخو-۳۵]] در دسته زِبَرصوت جای می‌گیرند.

| هواپیمای [[نورث امریکن ایکس-۱۵]] با سرعت ۶٫۷۲ ماخ، یکی از سریعترین هواپیماهای سرنشین‌دار می‌باشد. به دلیل افزایش دمای بدنه در چنین سرعتی، نوعی آلیاژ نیکلی-تیتانیومی خنک‌شونده در این هواپیما بکار برده‌اند. اینگونه هواگردها همانند [[بوئینگ ایکس-۵۱]] با بالهایبال‌های بسیار کوچک طراحی می‌شوند؛ پهپاد [[ناسا ایکس-۴۳]] با سرعت بیش از ۹٫۶ ماخ، یکی از سریعترین هواپیماهای بدون سرنشین جهان است. همچنین موشکهایموشک‌های روسی [[آوانگارد (موشک)|آوانگارد]] که سرعت سیر آن بیش از ۹ ماخ است و موشک بالستیک هواپایه کینژال (Kh-47M2 Kinzhal) با سرعت سیر ۱۰ ماخ نیز در طبقه‌بندی اَبَرصوت جای می‌گیرند. البته کلاهک هردوی این موشکهاموشک‌ها در فاز شیرجه سرعتی بالای ۲۰ ماخ دارند که پس از خروج از جو و ورود دوباره به جو، به این سرعت دست پیدا می‌کنند.

| در چنین سرعتی، سیستمهایسیستم‌های کنترل دما، برای فضاپیما یا موشک، عضوی حیاتی به حساب می‌آیند. طراحی بدنه آنهاآن‌ها باید به شدت آیرودینامیک بوده و آلیاژ به‌کار رفته در بدنه، باید برای مقاومت در دمای بسیار بالا مناسب باشد. همچنین کاشی‌های سیلیکاتی همانند کاشی‌های موجود در [[شاتل فضایی|شاتل‌های فضایی]]، به عنوان روکش ضدحرارت برای بدنه درنظردر نظر گرفته می‌شوند. چنین سرعتی، موجب واکنش شیمیایی اکسیژن جریان هوای عبوری با بدنه هواگرد شده و موجب سایش آلیاژ آن می‌شود. بر حسب نیاز، دماغه این هواگردها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که سطح مقطع بالایی در برخورد با جریان هوای عبوری داشته باشند. زیرا درصورتی که این هواگردها نوک‌تیز طراحی شوند، دمای نوک دماغه بسیار بالا می‌رود و موجب ذوب شدن دماغه و متلاشی شدن هواگرد می‌شود. زیرا کاهش [[شعاع انحنا]] با افزایش دما رابطه مستقیم دارد؛ بنابراین باید همانند [[ورود به جو|اجسام ورودی به جو زمین]]، سطح مقطع جسم پرنده بزرگ باشد تا حرارت در یک نقطهٔ کوچک بیش از حد افزایش نیابد. موشک روسی سارمات (RS-28 Sarmat) با سرعت سیر ۲۰٫۷ ماخ، در این دسته‌بندی جای می‌گیرد.

همزمان با افزایش سرعت، نواحی جریان M>۱ بر روی لبهٔ پشتی و جلویی نیز افزایش می‌یابد. وقتی سرعت به M=۱ برسد و از آن بگذرد، شک معمولی به لبهٔ پشتی می‌رسد و به یک شک ضعیف و غیرمستقیم تبدیل می‌شود. جریان بعد از شک کاهش پیدا می‌کند اما همچنان در محدودهٔ بالای صوت باقی می‌ماند. یک شک معمولی در جلوی شی بوجودبه وجود می‌آید و، تنها ناحیهٔ زیرصوت در میدان جریان، یک محدودهٔ کوچک در اطراف لبهٔ پشتی شی است. (شکل b1)

زمانی که یک جریان در یک کانال ازM=۱ عبور کند، بالای صوت می‌شود، یک تغییر بزرگ هم رخ می‌دهد. به‌طور معمول انسان توقع دارد که با منقبض کردن کانال سرعت جریان افزایش پیدا کند. در سرعت زیر صوت این موضوع صحت دارد، اما زمانی که جریان بالای صوت شود، رابطهٔ محدودهٔ جریان و سرعت برعکس می‌شود. در واقع بسط دادن تونل سرعت را افزایش می‌دهد. نتیجهٔ کلی این است که برای رساندن یک جریان به سرعت بالای صوت یک nozzle همگرا – واگرا لازم است ف که در آن بخش همگرا سرعت جریان را به سرعت صوت، M=۱، برساند و بخش واگرا این افزایش سرعت را ادامه دهد. چنین nozzleهایی را de Laval nozzles می‌نامند و در شرایط خاص آن‌ها قادر به دست یافتن به سرعت‌های مافوق صوت باورنکردنی ای هستند (۱۳ماخ در سطح دریا).