Machovo číslo

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Machovo číslo, symbol M nebo častěji Ma, je bezrozměrná fyzikální veličina, udávající poměr rychlosti pohybu tělesa určitým prostředím k rychlosti šíření zvuku v témže prostředí; např. v letectví je to poměr rychlosti letu k rychlosti zvuku. Název nese po významném fyzikovi 19. století Ernstu Machovi.

$Ma = \frac{v}{c}$ ,

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.

S jevy okolo překonávání zvukové bariéry souvisí i zvukový efekt, tzv. sonický třesk, k němuž dochází při pohybu letadla okolo hranice rychlosti zvuku (zejména při rychlostech těsně pod touto hranicí). Tento efekt je vytvářen expanzi vzduchu při dosažení rychlosti zvuku. Při tomto není důležitá rychlost stroje, ale je velmi důležitá hodnota lokální rychlosti na povrchu stroje. Při tomto dochází k tzv. třesení, tj. k sérii lokálních expanzí při lokálním dosažení rychlosti zvuku s příslušnými projevy do konstrukce draku letadla. Dále dochází k ovlivnění, někdy velmi výraznému, obtékání stroje. Toto ovlivnění může vést až ke ztrátě ovladatelnosti stroje (zejména příčného řízení letadla, neboli výškovky), jak nejlépe dokumentují konce některých pokusů o překročení rychlosti zvuku v poválečném období. Z tohoto důvodu se používá u těchto strojů tzv. plovoucí vyškovka, případně zvláštní postupy pro překonání této oblasti letové obálky (střemhlavý let, přídavné spalování, ...).

S tímto dějem souvisí Machův kužel, který popisuje způsob šíření vzruchu od daného objektu (letadla) vzduchem.

Tento jev se dnes s výhodou používá u moderních nadzvukových letadel k dosažení podzvukového obtékání nosných ploch. V připadě nedostatečnosti se používají dodatečné konstrukčních úprav draku k vytvoření vhodného místa vzniku přislušných jevů, tzv. vortex generator, viz treba F/A-18 Hornet.

Tento děj ze všemi důsledky s 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.