La velocidad de los misiles y aviones generalmente se denota en términos de ‘MACH’. ¿Qué es realmente Mach y por qué no usamos unidades como km / s, etc.?

Más simplemente, es la relación de la velocidad de un objeto en comparación con la velocidad local del sonido.

Usamos por dos razones principales:

• Otras unidades pueden salirse de control. Al igual que usamos Unidades Astronómicas (AU, la distancia promedio de la Tierra desde el Sol) y unidades “Ligeras” (años luz, minutos luz, etc.), el número de Mach nos permite extraer rápidamente los números entendidos sin agregar mucho. de ceros
• 600 KTAS (nudos de velocidad aérea verdadera) significa cosas diferentes a diferentes altitudes. Hasta 40,000 ‘, soy mejor que Mach 1, mientras que en la plataforma, solo estoy empujando el 90% de la velocidad del sonido. Hay fuerzas drásticamente diferentes en un cuerpo en esas dos condiciones.

Curiosamente, en altitud, en condiciones de vientos bajos o de cola, su número de Mach se relaciona estrechamente con las millas náuticas por minuto que está cubriendo sobre el suelo. Por ejemplo, Mach 0.8 es de aproximadamente 8 nm / min.

Por encima de alrededor de 20,000 ‘, el control de tráfico aéreo generalmente usa el número de Mach cuando dicta las velocidades a las aeronaves.

Mach no es dimensional simplemente por su definición matemática. Las unidades (velocidad / velocidad) se cancelan.

El hecho de que no sea dimensional lo hace prácticamente útil en aerodinámica. Por ejemplo, en lugar de caracterizar un flujo de aire basado en su vector de estado, que puede ser desgarbado durante el cálculo, se puede encapsular parte de esa información en el número de Mach.

Además, Mach es teóricamente poderoso porque la relación entre la velocidad del cuerpo y la velocidad libre determina muchos efectos aerodinámicos diferentes.

Finalmente, los flujos de aire pueden considerarse similares si uno puede coincidir con el número de Mach y otros parámetros no dimensionales. Esto es particularmente importante mientras se prueban los flujos de fluidos alrededor de modelos a escala.

Mach es un sistema de velocidad definido como la relación entre la velocidad de un objeto y la del sonido a través del mismo medio (generalmente aire, aunque es posible calcular velocidades de Mach equivalentes para medios de cualquier densidad, como agua o incluso sólidos). Los números de Mach, por lo tanto, no se convierten fácilmente en una medición constante, porque dependen de la densidad del medio, que a su vez depende del medio en sí mismo (nuevamente, generalmente, el aire), su temperatura y presión.

Sin embargo, el sistema de numeración de Mach es muy importante en el campo de la aerodinámica, porque la interacción entre una nave aerodinámica y su propia onda de choque sónica a velocidades cercanas o superiores a Mach 1 (la velocidad del sonido) es de importancia crítica para la integridad estructural y el vuelo. Dinámica envolvente de la embarcación.

En primer lugar, cuando un avión se acerca a la velocidad del sonido, las perturbaciones en el aire frente a él que produce debido a una combinación de ruido del motor y estela de vanguardia se mueven solo marginalmente más rápido que el avión en sí. Esta perturbación toma la forma de una onda de compresión; el aire se comprime por el borde de ataque de la nave y busca alcanzar el equilibrio nuevamente expandiéndose en una esfera rugosa. A medida que el avión continúa viajando a velocidades transsonicas, el borde de ataque de esta ola se acumula sobre sí mismo, aumentando la presión de aire frente a la nave. Finalmente, estas acciones tienen una reacción significativa; La presión del edificio a lo largo de esta onda de choque deforma estructuralmente partes de la aeronave que cruzan la onda de choque. Los cazas más antiguos de propulsión recta se cortarían las alas y la hélice se derrumbaría a medida que se acercara la velocidad del sonido (que podrían acercarse en una inmersión), por lo que los diseños modernos aseguran que todos los bordes aerodinámicos principales estén fuertemente reforzados o protegidos de cualquier onda de choque líder causada por el cono de la nariz (que está diseñado tanto para la máxima eficiencia aerodinámica para reducir la onda de choque de vanguardia como para garantizar que la onda de choque producida se cree desde lo más cerca posible de un solo punto).

Algunas naves diseñadas para el vuelo hipersónico (más allá de Mach 2, a menudo mucho más allá en casos como el transbordador espacial) están específicamente diseñadas para aprovechar las ondas de choque de proa. El SR-71, por ejemplo, es un avión de reconocimiento capaz de Mach-3. Sus motores cuentan con conos de admisión diseñados específicamente para modificar la estela de proa producida, por lo que la onda de choque apenas borra los colectores de admisión de los motores. A la velocidad máxima, la onda de choque realmente ingresa al motor, la compresión adicional de la onda de choque se usa para convertir el motor de un turboventilador a un chorro de aire.

Un objeto que se mueve a velocidad Mach 1 significa que el objeto viaja a la velocidad local del sonido. La velocidad Mach 2 significa que el objeto se mueve con el doble de la velocidad del sonido. Debe entenderse que la velocidad del sonido varía según el medio. La velocidad del sonido disminuye con la altitud debido a la caída de presión. Entonces, esencialmente, el número de mach es la relación de la velocidad del objeto a la velocidad del sonido que viaja en el medio alrededor del objeto. Mach se usa porque es más fácil de comprender. Además, el fenómeno del boom sónico sucedería en mach1. En lugar de tener un rango de velocidades para las cuales ocurriría una explosión sónica, es más fácil decir que la explosión sónica ocurriría en mach1. Para más detalles consulte esto:
Número de Mach

Mach 1 es la velocidad del sonido. Es relativo a la velocidad del sonido, por lo que es una relación. Lo importante es que no es relativo a la velocidad del sonido al nivel del mar y a 20 grados C sino a la altitud y temperatura de la aeronave que describe. Esto es importante porque la velocidad del sonido varía a diferentes temperaturas y altitudes (densidad del aire).

Mach es importante porque justo debajo de Mach 1.0 comienzan a suceder muchas cosas físicas. Por lo tanto, su velocidad relativa a Mach 1 se puede ver fácilmente, mientras que con una velocidad absoluta de km / h simple no se puede ver cuánto se está acercando a la velocidad real del sonido cuando la diferencia se vuelve pequeña.

El número de Mach es la relación entre la velocidad del fluido y la ‘velocidad local del sonido’. La velocidad del sonido en sí depende de algunas constantes de fluido / gas y temperatura. Aunque el flujo podría fluir en la máquina 1 en el borde de ataque o la boquilla, podría ser diferente en el borde de salida y el difusor debido a los golpes. Las ecuaciones en aerodinámica supersónica se expresan en términos de número de Mach y varias propiedades de flujo, como presión, densidad, temperatura, se tabulan en función del número de Mach.

El número de Mach o Mach es la velocidad relativa del objeto con respecto al sonido … que es aproximadamente 33o m / s dependiendo de la humedad y otros factores. Si el número de mach es mayor que uno, significa que el objeto está viajando a una velocidad mayor que la velocidad del sonido, que se llama velocidad supersónica.

Porque el número de máquina ‘se ajusta’ para denotar exactamente lo que necesita denotar para volar a diferentes altitudes.

Sabemos que un número Mach alto implica una velocidad alta y un número Mach bajo implica una velocidad baja. Pero no es una escala constante entre el número de Mach y la velocidad, sino que varía con la raíz cuadrada inversa de la temperatura estática absoluta del lugar donde quiera que esté volando.

[matemáticas] M = \ frac {V} {a} = \ frac {V} {\ sqrt {\ gamma RT}} [/ matemáticas]

Entonces, lo que quiero decir con “se ajusta a sí mismo” es que el número de Mach cambia su escala con respecto a la velocidad en Km / s a ​​diferentes altitudes (donde las temperaturas son diferentes) de una manera tan hermosa que las propiedades aerodinámicas de los objetos voladores escritas en términos de Mach número ‘solo funciona’ sin ningún cambio para diferentes altitudes.

Por lo tanto, es útil hablar en términos de número de Mach, en lugar de decir: “¡Oh! Estaba volando a 800 km / h” y que te pregunten: “¿Sí? ¿Y qué calor hacía afuera?” Y confía en mí, la segunda pregunta es importante.

A otras respuestas agrego que “Mach” proviene del físico austriaco Ernst Mach (1838-1916), quien estudió los fenómenos de ondas y predijo ondas de choque supersónicas. También nos dio lo que se conoce en cosmología como el principio de Mach.

Mach es útil porque se vincula directamente con los cambios aerodinámicos alrededor de Mach 1. Al ala de un avión no le importa cuán rápido se mueva el suelo debajo de él, pero se ve muy afectado por la velocidad del aire sobre él, en relación con la velocidad del sonido. a esa temperatura y presión. Un ala puede ser eficiente hasta mach 0.88, pero comienza a recibir ondas de choque y burbujas por encima de eso. Entonces, si desea ir lo más rápido posible pero no meterse en problemas, debe ir a un determinado Mach, que será una velocidad diferente a diferentes temperaturas y altitudes.

La densidad del aire es menor a alt alt. Mach 1 es la velocidad del sonido en todo el aire = 1224 km / hora. El avión corre a través de diferentes alt. Por lo tanto, la velocidad debe ajustarse a las densidades del aire porque si sube rápidamente, la velocidad de avance es menor que su verdadera velocidad de ascenso.

Las otras respuestas cubren qué es Mach y cómo se usa.

Un hecho poco discutido es que el término “Mach” viene de ser nombrado en honor del físico austriaco Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach.