Značení rychlosti letadel nebo jiných těles pohybujících se vzduchem (Machovo číslo)

Letouny, nebo jiné objekty, třeba řízené střely, rakety, nebo také kulky vystřelené z pušek, či kulometů, případně dělostřelecké granáty, se pohybují nějakou danou rychlostí. Jedna z možností jak definovat rychlost, kromě užití měrné jednotky, jako jsou kilometry za hodinu, či míle za hodinu, je definice rychlosti objektu vůči rychlosti zvuku. Definice rychlosti stroje vůči rychlosti zvuku je navíc v současné době jedno ze standardních značení charakteristik vojenských strojů. ^{1 2 3 4 5 6}

Rychlost zvuku

Rychlost zvuku závisí na tom v jakém médiu je zvuk šířen. Přibližná rychlost zvuku je 1.236 km/h (343,2 m/s) při teplotě 20 °C, letu nad mořem, ve vzduchu s nulovou vlhkostí. ^{1 2 3 4 5 6}

Rychlost zvuku má svou jednotku, Mach, případně se označuje jako "Machovo číslo". Rychlost zvuku je tedy 1 Mach. Dvojnásobná rychlost zvuku je tedy 2 Machy, nebo 2.472 km/h. ^{1 2 3 4 5 6}

Charakteristiky překonání rychlosti zvuku

Překonání rychlosti zvuku se projevuje sonickým třeskem a vytvořením sonického kuželu, či Machova kuželu, kdy část stroje v kuželu teprve překonává rychlost zvuku. Machův kužel je tvořen kapičkami vody, které kondenzují protože okolní vzduch dosahuje nižších teplot pod rosný bod, kužel tedy vzniká kondenzací vody. Část stroje za kuželem se již pohybuje rychlostí zvuku. Sonický kužel není dočasný jev, objevuje se vždy pokud stroj cestuje rychlostí zvuku, nebo vyšší. Kužel ve skutečnosti není trvalý efekt, ale jedná se o nekonečné množství rázových vln. Pro vytvoření Machova kuželu je třeba, aby byl dostatečně vlhký vzduch. ^{3 4 5 6 7}

Klasifikace

Subsonic, podzvukový. Podzvuková rychlost. Méně než Mach 0,8, či 988 km/h.
Transsonic, transonický. Rychlost mezi 0,85 - 1,2 Machu, či 988 - 1.482 km/h.
Supersonic, nadzvukový. Nadzvuková rychlost. Mach 1,2 - 5, či 1.482 - 6.174 km/h.
Hypersonic, hypersonický. Hypersonická rychlost. Mach 5 - 10, či 6.174 - 12.350 km/h.
High-hypersonic, vysoce hypersonický. Vysoce hypersonická rychlost. Mach 10 - 25, či 12.350 - 30.870 km/h.

Historie

První lidmi vytvořený předmět, který překročil rychlost zvuku je bič. Nicméně rychlostí zvuku se ve skutečnosti pohybuje jen špička biče a to pouze krátkodobě v okamžiku prásknutí. Typické prásknutí biče je překročení rychlosti zvuku. Bič překonává rychlost zvuku na pár desítek milisekund.

Dlouhodobé (relativní) překročení rychlosti zvuku dosáhly kulky vystřelené z pušek a kulometů. Jedním z nich byl například kulomet M2 machine gun ráže 12,7 mm. Pro svou známost nadzvukové rychlosti, byl dokonce tvar kulky použit jako vzor pro trup Bell X-1. ⁸

První létající stroj, který překročil rychlost zvuku byl experimentální raketový stroj Bell X-1 v roce 14. října 1947, kdy dosáhnul rychlosti Mach 1,06 (1.100 km/h).

North American X-15 dosáhl 3. října 1967 dosáhl rychlostního rekordu 7.274 km/h (Mach 6,70). Tento rychlostní rekord zatím nebyl jiným strojem překonán.

Poznámky

Poznámka k transonické rychlosti zvuku

Jedná se o oblast rychlosti zvuku, kritických zejména pro stroje, které pro překonání této rychlosti nebyly určeny/konstruovány a obvykle je pro ně tato rychlost kritická, až fatální. Typicky se jednalo o vrtulové stroje s dostatečným výkonem při střemhlavém letu, například Lockheed P-38 Lightning.

Transonická oblast je problematická taktéž pro listy rotorů vrtulníků, pokud této rychlosti dosahují, je pro ně fatální. ⁷

Protože místní Machovo číslo není na letadle jednotné z důvodu nepravidelného tvaru letounu, některé části letadla se mohou pohybovat nadzvukově a jiné podzvukově. Celý letoun se tedy pohybuje transsonicky. Díky tomu může vzniknout na letounu Machovy kužely na více místech letounu, jak je vidět na následujícím obrázku. ⁷

---

Copyright © 2010-2023 Michal Zobec, ZOBEC Consulting. Všechna práva jsou vyhrazena.

Tento článek je vydán pod licencí Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0).
Použité obrázky jsou získány z webu Wikimedia Commons. Portions © WikiMedia Foundation.

Aktualizace

Aktualizace 9.6.2023

První vydání článku.

Odkazy a poznámky

1. "Can We Ever Fly Faster Speed of Sound", October 1944, Popular Science one of the earliest articles on shock waves and flying the speed of sound (anglicky) ↩

2. "Britain Goes Supersonic", January 1946, Popular Science 1946 article trying to explain supersonic flight to the general public (anglicky) ↩

3. F-14 condensation cloud in action (anglicky) ↩

4. Does the Tip of a Snapped Towel Travel Faster Than Sound? (anglicky) ↩

5. Prandtl-Meyer expansion fan (anglicky) ↩

6. Sonic boom (anglicky) ↩

7. Vapor cone (anglicky) ↩

8. M2 Browning (anglicky) ↩