Machovo číslo

Z Multimediaexpo.cz

Stíhačka FA-18 Hornet při překročení zvukové bariéry

Machovo číslo, symbol Ma (dle ČSN EN ISO 80000-11:2013) nebo zřídka M, je jedno z tzv. podobnostních čísel, tedy charakteristická bezrozměrná fyzikální veličina používaná v aerodynamice. Udává poměr rychlosti pohybu tělesa určitým prostředím k rychlosti šíření zvuku v témže prostředí. Je hojně užívaná v technické praxi – třeba v letectví se tímto poměrem udává rychlost letadla (aktuální během letu nebo konstrukčně nejvyšší dosažitelná), třebaže se okamžitá rychlost šíření zvuku často mění (např. při změně teploty).

Název nese po významném fyzikovi 19. století Ernstu Machovi, rodákovi z Brna-Chrlice.

Obsah

Výpočet Machova čísla

\(Ma = \frac{v}{c}\),

kde v je rychlost pohybu tělesa, c je rychlost zvuku v daném prostředí. Rychlosti Ma menší než 1 jsou podzvukové, je-li Ma větší než 1, jedná se o rychlosti nadzvukové. Machovo číslo patří k tzv. podobnostním číslům v aerodynamice. Používá se v oblasti vyšších až vysokých rychlostí, kde se projevuje vliv stlačitelnosti vzduchu. Vzhledem k faktu, že rychlost zvuku je funkcí hustoty vzduchu, která se mění s výškou letu je konkrétní hodnota rychlosti zvuku proměnná a platná jen a pouze pro konkrétní stav atmosféry a danou výšku letu. Pro technickou praxi se používá (nejen pro tyto účely) Mezinárodní Standardní Atmosféra. Pro ilustraci - u zemského povrchu odpovídá Ma = 1 rychlosti asi 1225 km·h−1, ve stratosféře pak rychlosti 1060 km·h−1.

Překonání rychlosti zvuku

S jevy okolo překonávání zvukové bariéry souvisí i zvukový efekt, sonický třesk, k němuž dochází při pohybu letadla okolo hranice rychlosti zvuku (zejména při rychlostech těsně pod touto hranicí). S tímto dějem souvisí Machův kužel, který popisuje způsob šíření vzruchu od daného objektu (letadla) vzduchem. Machův kužel, resp. jeho špici okolo letadla je možné v okamžiku přiblížení se rychlosti zvuku pozorovat díky extrémnímu zhuštění vodních par. Tento jev se dnes s výhodou používá u moderních nadzvukových letadel k dosažení podzvukového obtékání nosných ploch. V připadě nedostatečnosti se používají dodatečné konstrukční úpravy draku k vytvoření vhodného místa vzniku příslušných jevů, tzv. vortex generator, viz třeba F/A-18E/F Super Hornet. Tento jev se všemi důsledky z toho plynoucími byl pozorován až po Machově smrti. Rychlost zvuku poprvé překonal 14. října 1947 pilot Charles “Chuck” Yeager na pokusném raketovém letadle Bell X-1, které bylo k tomuto účelu zkonstruováno.

Yeagerovo prvenství zpochybňuje a činí na ně nárok rovněž německý pilot Hans Guido Mutke, který tvrdil, že zvukovou bariéru překonal dne 9. dubna 1945 s letadlem Messerschmitt Me 262 Schwalbe. Toto tvrzení je však často zpochybňováno.

Dalším člověkem čínícím si nárok na titul prvního nadzvukového pilota je George Welch, který měl překonat zvukovou bariéru 1. října 1947, tedy dva týdny před Bell X-1, v letadle North American XP-86 Sabre. Mohlo se tak stát však pouze při střemhlavém letu a na krátkou chvíli, protože ani Me 262 ani XP-86 nemohou překonat rychlost zvuku při vodorovném letu v jakékoli letové hladině.

Označení vysokých rychlostí

Rychlé lety se rozdělují do pěti kategorií:

  • podzvukový, subsonický: Ma < 1
  • sonický: Ma = 1
  • transonický: 0,8 < Ma < 1,3
  • nadzvukový, supersonický: 1,2 < Ma < 5
  • hypersonický Ma > 5

Pro porovnání: první kosmická rychlost u Země činí asi 7,9 km/s = 22,82 Ma ve vzduchu u mořské hladiny.

Související články

Externí odkazy


Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Machovo_%C4%8D%C3%ADslo“