一马赫速度有多快？换算成千米每小时是多少？

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问题：一马赫速度有多快？换算成每千米一小时是多少？

说到马赫。不得不说到一位叫恩斯特·马赫的科学达人。

恩斯特·马赫是奥地利~捷克物理学家、心理学家、哲学家。所谓马赫数、马赫带效应等物理学名词。就是以他的名字命名的。他的研究成果很多。而最重要的成就就是研究物体在气体中的高速运动。发现了激波。并拍摄下了激波的清晰照片。

恩斯特·马赫在1887年几篇论文中指出：在空气中。物体运动会发出以声速c传播的球面扰动波。当物体速度大于c时。扰动波的波前会形成以物体为顶点的锥形包络面。锥面物体与物体运动方向所形成的角a与v、c的关系是sina=c/v。

到了1929年。声速比值v/c在空气动力学研究里面日益显现其重要性。德国空气动力学家J.阿克莱特建议用“马赫数”表示这个比值。从此。马赫数成为表征流体运动状态的重要参数。而以“马赫”命名的“马赫锥”、“马赫角”、“马赫波”、“马赫效应”等术语。也在空气动力学中广泛得到运用。由此可见恩斯特·马赫在力学方面历史性突出贡献。

所谓马赫数。是指速度与音速的比值。

声音传播是一种机械波。在不同介质和温度、压力状态下。其传播速度是不一样的。表现为介质密度越大。温度越高。传播速度越快。因此声音在真空中无法传播。一般在固体中最快。液体中其次。气体中最慢。

在常温下。声波在空气中的传播速度约340m/s。水中传播速度约1500m/s。铜棒中的传播速度约3750m/s。铁中的传播速度约5200m/s。

马赫数常用于在空气中飞行的物体速度。表达为马赫数M=v/c。这里v代表物体速度。c代表音速。马赫数在不同介质和温度压力下是一个变量。但在飞行物的衡量中。主要采用在一个标准大气压15℃条件下的空气音速。为340m/s。这样1个马赫就是1倍这个条件下的音速。也就是海平面音速为每小时1224km。

在习惯用语中。把马赫数小于1称为亚音速。指比音速慢；马赫数大于1。小于或等于5时。称为超音速；马赫数大于5称为高超音速。

超音速飞机的诞生和难点。

运载火箭和飞船。是以宇宙速度来衡量的。最少需要第一宇宙速度。也就是7.9km/s的速度。才能够与地球引力抗衡。这个速度为23.24马赫。这已经不属于空气动力学范畴。我们不讨论。

在上世纪40年代前。人类航空速度还较慢。没有超音速飞机。最早的超音速飞机在1947年出现。这一年的10月14日。美国空军上尉查理斯.耶格尔驾驶一架X-1试验机。在12800米高空。飞行速度达到1278km/h。达到M=1.1015（在高空温度压力条件下的马赫数）。超过了音速。从而开启了超音速飞行的时代。

超音速飞机最关键的技术是发动机和突破音障的问题。在初始的实验中。人们发现当飞行速度接近音速时。周围流动空气状态会发生激波和一些奇怪效应。导致飞机机身抖动。甚至导致飞机失控或空中解体。事实上也有不少飞机因此失事。人们把这种效应叫音障。

后来人们通过改进发动机和机翼外形。延缓和降低了音障导致的影响。1953年。美国海军试飞员道格拉斯驾驶一架昵称“空中火箭”的558-II型试验机。首次实现了2马赫速度飞行。由此说明只要突破M=1的速度。就不会再有音障存在。由此飞机的速度越来越快。但迄今为止。超音速主要为战机。

民航飞机也曾经有过超音速飞机。就是前苏联的图144超音速客机和英法联合研制的协和式超音速客机。但由于安全、噪音、制造技术等原因。运行没多久都停飞了。

现在的超音速飞机都是战机。我们平常偶尔会听到“轰”的一声巨响。震得门窗瑟瑟抖动。一些人总以为哪里在开山放炮。其实不是。这就是战斗机训练中突破音障时产生的震波。

如今人类制造的超音速飞机有多快？

这里不说航天飞行器。只说飞机。

飞行最快的飞机记录依然由美国X-15保持。这架装备两台火箭发动机的试验飞机。在1967年10月由美国飞行员威廉·J·奈特少校驾驶飞到10.8万米高空。飞行速度达到6.72马赫。至今没有任何飞机能够突破。

但这架飞机毕竟只是试验机。虽然为美国航空航天取得了很多宝贵的数据。但毕竟依靠火箭发动机达到这个速度。严格意义上算不上常规飞机。

那么曾经正式服役过和依然在服役的战机有哪些速度最快的呢？简单列举如下几款：

美国SR-71侦察机。这款已经于1998永久退役的侦察机。速度可达3.35马赫。保持着从未被击落过的记录；前苏联/俄罗斯系列战机米格-25战机。时速可达3.2马赫；美国YF-12战机。速度可达3马赫；米格-31战机。速度可达2.8马赫；美国F-15E战机和我国的J20战机。速度可达2.5马赫；苏-27战机。速度可达2.35马赫；美国F-22战机。速度可达2.25马赫。

当然。飞机的性能并不单单以速度来衡量。而且以上数据也不一定完全和精准。仅供参考。或有遗漏和错误。欢迎大家在评论区补充纠正。

在地球上飞行距离最远速度最快的是洲际导弹。

目前全世界只有五个国家能够制造或主要拥有洲际导弹。即美国、俄罗斯、中国、法国、英国。按照速度排名前三的有。美国民兵3最快。末端速度可以达到27马赫；我国的东风-41末端速度可以达到22马赫；俄罗斯的白杨-M可以达到22马赫。

洲际弹道导弹除了速度。发射射程和打击精度都决定了导弹的性能。洲际导弹采用的是火箭发动机。更类似航天飞行器。这里就不多扯了。

感谢阅读。欢迎讨论。

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其他观点：

一马赫速度有多快？换算成千米每小时是多少？

马赫是常见的速度单位。经常会在飞行器的性能参数中表现。比如美国曾经装备过的SR-71黑鸟侦察机的性能参数为：

最大速度3.28马赫（3,492km/h）

爬升率≥60米/秒

实用升限：24,285米

最大升限：25,900米）

最大航程：5,400公里）

翼负荷：460公斤/平方米）

推重比：0.382:1

相信熟悉飞行器性能的朋友一定会对这些数据叹为观止。因为3.28马赫的速度。即使放到现在也是一个极高的速度。比如F22的极速也就1.95马赫（公开数据。实际数据绝密）。尽管最大速度未知。但绝对不可能超过SR-71的速度。

马赫是速度单位。1马赫就是一倍音速。但各位一定发现了一个问题。SR-71的最大速度为3.28马赫（3,492km/h）。似乎有些问题。音速为340千米/秒。据此计算。极速只有2.85马赫。哪来的3.28马赫。难道维基的数据错了吗？

事实上是维基的数据并没有错。马赫只是一个音速倍数的概念。而音速却是会改变的！

马赫与大名鼎鼎的恩斯特·马赫

恩斯特·马赫是奥地利-捷克实验物理学家。他的研究领域是光的传播规律和超音速现象。1887年他就发表了关于超音速抛体运动的声音效应（即音爆）。他推导并实验验证了高速抛体尖端的圆锥形冲击波的存在。这就是激波。还有流体速度与局部音速之比vp/vs。现在则被称作马赫数。

Ernst Mach

马赫的研究的超音速领域几乎就是现代飞行器的必经之路。二战的战斗机设计师就发现。当战斗机螺旋桨桨尖速度接近音速时效率急剧下降。另外平直翼在高速时候阻力极大等等。因此未来要进入超音速领域。必须有革命性的改变。因此后来出现了喷气式发动机以及后掠式机翼！

关于音速

声音在介质中传导的速度就是音速。它没有一个确切的数字。会随着介质密度的变化而变化。比如声波在钢铁中的速度为5900米/秒（纵波）。铜材中的速度4900米/秒。水中的纵波速度为1497米/秒（25℃。蒸馏水）。海水中速度略高为1531米/秒。

空气中的传播速度则会随着海拔升高而降低。比如海平面音速约为340/秒。但在SR-71黑鸟侦察机的升限24,285米处。音速为295米/秒。因此以此为标准。计算得3,492千米/小时。刚好等于3.28马赫。

关于马赫环

喷气式发动机或者火箭以及超音速冲压发动机在尾喷口后出现的一种一明一暗的尾流现象。称为马赫环。大神恩斯特·马赫第一个解释了这种现象。因此为纪念他而命名为马赫环。

SR-71黑鸟式侦察机所使用的普惠J58发动机打开后燃器时。高速高温的尾气。形成了明显的马赫环

马赫环原理

发动机喷出的尾流中流场十分复杂。当高温高压的尾流从尾喷口排入大气层时会经历局部密度剧烈变化。排气会经过一个膨胀过程。而大气压又会压缩尾流。因此会形成倾斜的冲击波。并且会反复交替出现而形成连续明暗相间的尾流。

关于高超音速飞行器

现代高超音速飞行器主要有两大类。一类是滑翔高超音速。另一类则是高超音速发动机推进的飞行器。前者是使用火箭发动机推进到高空。在利用其势能以高超音速滑翔的一种飞行器。其空气动力形状决定了其飞行特性。

高超音速发动机则有两类。一类是亚燃冲压。另一类则是超燃冲压。前者的气流在压缩后亚音速通过燃烧室。其燃烧特性还比较容易控制。一般现在的冲压发动机大都是亚燃冲压。

另一类超燃冲压则是压缩后的气流以超音速经过燃烧室。气流在燃烧室内的速度超过音速。停留时间极短。有人打比方。其难度相当于在12级台风中点燃一根火柴。并且要稳定燃烧。但超然冲压的发动机燃烧室稳定燃烧的难度显然要比这难得多。

当然还有一类比较有希望的高超音速发动机不属于冲压类型。而是脉冲爆震类。这类发动机不通过压缩气体。而是通过气体和燃料混合爆炸实现。

未来的空天飞机发动机。要么是涡喷+冲压。要么是爆震发动机。火箭发动机需要同时携带燃料和氧化剂。非常占空间。而冲压和脉冲爆震发动机可以利用大气层中的氧气。不过看起来无论哪种难度都极高。所以到现在都还没完全实现。

关于“摩擦加热”

飞船返回地球。流星体穿越大气层。很多书上都会告诉你这是发光的原因是飞船和大气摩擦产生高温。当然这解释也不是全错！

SR-71超音速飞行时的机身各处温度分布

但热量的主要来源却是高超音速的激波加热。因为当物体以远超音速的速度前进时。空气分子无法及时“通知”周围的空气分子。因此会被挤压到一起形成压缩面。

这个压缩面会以速度大致反比的方式扩散。形成激波。正前方与运动物体接触。高温会向物体传导。形成高温高压区域。而有的飞行器则会利用机翼将激波兜住。形成乘波体。此时的升力不是来自所谓的迎角和伯努利效应。而是激波。

其他观点：

通常。马赫表示是声音传播的速度。一马赫就是声音在一秒钟传播的距离。通常情况下就是340米每秒或者1225公里每小时。但由于声音的传播速度在不同环境里是变化的。所以马赫只是一种表达。表示速度很快。具体多快就是在很多限制条件下才会有具体的速度值。

船舶在大海中航行时。以前习惯用节表示速度。一节也就是一小时走过一海里的距离。相当于1.852公里。航母的航行速度一般是30多节。也就是每小时60多公里。而马赫用来表示飞机、导弹、火箭的飞行速度。比如我国的第四代战斗机歼20的最高时速能到2.5马赫。就是2.5倍音速。取名马赫是为了纪念奥地利著名科学家恩斯特·马赫。

通常。低于一马赫的飞行速度称为亚音速。一马赫至五马赫之间的速度称为超音速。高于五马赫就是超高音速。我们经常看到。当战斗机的速度超过音速时会出现音爆现象。有声音还有雾状云。这是战斗机在突破音障时出现的特殊现象。

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