謝邀,簡(jiǎn)單的說(shuō)答案就是“馬赫就是一個(gè)速度單位,對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)除了表示速度外沒(méi)有任何意義。”
馬赫(Mach number)是表示速度的量詞,馬赫數(shù)是飛行的速度和當(dāng)時(shí)飛行環(huán)境下的音速之比值,大于1表示比音速快,同理,小于1是比音速慢。
這種問(wèn)題的核心并不在于馬赫是什么?而是在于為什么戰(zhàn)斗機(jī)會(huì)選擇用馬赫數(shù)作為其飛行速度的指標(biāo)。
我們知道的是1馬赫=1倍音速。但大多數(shù)人不知道的是聲速可變。
先說(shuō)說(shuō)聲波和聲速吧,有助于理解這個(gè)問(wèn)題。
當(dāng)一個(gè)物體在空氣中震動(dòng)的時(shí)候就會(huì)帶動(dòng)空氣振動(dòng),這種振動(dòng)就是空氣中的聲波了(液體和固體中也有這種振動(dòng)傳遞叫做液體聲速和固體聲速)。空氣的振動(dòng)其實(shí)特別有意思,因?yàn)榭諝馐且环N可以壓縮的物質(zhì),因此在振動(dòng)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)被壓縮和倍擴(kuò)張的情況——因此聲波在傳遞過(guò)程中是以一種縱波(縱波:振動(dòng)方向和傳播方向平行)的方式進(jìn)行傳遞的。
那么如果這個(gè)振動(dòng)源在空氣中移動(dòng)會(huì)怎樣?很多人覺(jué)得會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng),逼近的時(shí)候音調(diào)提高,遠(yuǎn)離的時(shí)候音調(diào)降低。
那么就有一個(gè)很好玩的特例了,如果在空氣中運(yùn)動(dòng)的物體以聲速運(yùn)行,那么物體前面空氣中傳遞的縱波就無(wú)法進(jìn)行傳遞,會(huì)一直積累在物體前面。于是空氣就會(huì)在物體前面無(wú)限的壓縮(理想氣體),物體前面的音調(diào)就會(huì)無(wú)限的提高。在這種時(shí)候就產(chǎn)生了一個(gè)概念叫做音障。
如果是理想氣體的話,音障是一個(gè)密度無(wú)限大的墻,飛機(jī)撞在上面的時(shí)候會(huì)直接破碎。但世界上并沒(méi)有理想氣體,并且空氣還是一種流體,因此空氣就會(huì)形成激波將作用于飛行物前面壓縮空氣的能量向運(yùn)動(dòng)方向的四周傳遞出去。
一旦壓縮空氣的能量被向四周釋放,那么這個(gè)物體就達(dá)到了音速突破了音障。
突破音障的時(shí)候會(huì)造成大量的能量釋放——音爆。這個(gè)能量集中在飛行器飛行路線的一個(gè)錐角范疇內(nèi),具有極大的傷害作用。這種傷害不僅僅對(duì)于飛機(jī)之外的人或事物有傷害,對(duì)于飛機(jī)本身也是存在傷害的。因此凡是能超過(guò)音速的飛機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中都對(duì)音爆激波進(jìn)行形狀優(yōu)化,使飛機(jī)上的部件處于這個(gè)錐體之內(nèi)。
而且突破音障的過(guò)程也是一個(gè)需要飛行員、飛機(jī)做好準(zhǔn)備的過(guò)程,因?yàn)橐粽贤黄坪髩毫ρ杆籴尫牛w機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性會(huì)有較大改變。
但這里問(wèn)題就來(lái)了,我們剛剛提到了聲速可變,聲速和氣壓、溫度都有密切關(guān)系,不同高度的聲速是不一樣的,我們通常說(shuō)的340米/秒聲速是在海平面高度25度的條件下的聲速,如果海拔增高到10000米高度聲速有可能降低到300米/秒以下(其實(shí)根據(jù)公式計(jì)算是299.41米/秒)。那么如果用公里/小時(shí)或者海里/小時(shí)的固定速度進(jìn)行速度表示的話,那么飛行員就根本不知道自己在哪個(gè)速度節(jié)點(diǎn)上達(dá)到聲速,也無(wú)法做出跨越音障的準(zhǔn)備。
因此在基礎(chǔ)的六種飛行儀表之外,能夠超音速的飛機(jī)一般都會(huì)有一個(gè)馬赫表(上圖沒(méi)有)。馬赫表的樣子是:
就是一個(gè)指針小儀表,其實(shí)在飛機(jī)駕駛艙內(nèi)并不顯眼,而且由于其僅僅是夸音速的時(shí)候用一下,還有很多飛機(jī)將馬赫表做到空速表上。
200位置的黃色小尖頭表示是1馬赫。
所以說(shuō)啊,馬赫數(shù)其實(shí)用處真的隊(duì)?wèi)?zhàn)斗機(jī)沒(méi)太大意義。唯一的意義也就是在同等高度馬赫數(shù)極限高的飛機(jī)飛行速度快一些而已。
平時(shí)飛行員基本上也不看這個(gè)表的,直接看速度表,飛機(jī)上的速度表叫空速,代表飛機(jī)在空中相對(duì)于空氣的速度。而地面塔臺(tái)則通過(guò)雷達(dá)測(cè)速計(jì)算飛機(jī)的地速,代表飛機(jī)相對(duì)于地面的速度。
沒(méi)有報(bào)速度喊:“ 01,01,你的飛行速度,呃……是2.3馬赫。”這樣太不精確了。