马赫到底是怎样一种单位？马赫对战斗机而言有着怎样的意义？

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谢邀。简单的说答案就是“马赫就是一个速度单位。对战斗机除了表示速度外没有任何意义。”

马赫（Mach number）是表示速度的量词。马赫数是飞行的速度和当时飞行环境下的音速之比值。大于1表示比音速快。同理。小于1是比音速慢。

这种问题的核心并不在于马赫是什么？而是在于为什么战斗机会选择用马赫数作为其飞行速度的指标。

我们知道的是1马赫=1倍音速。但大多数人不知道的是声速可变。

先说说声波和声速吧。有助于理解这个问题。

当一个物体在空气中震动的时候就会带动空气振动。这种振动就是空气中的声波了（液体和固体中也有这种振动传递叫做液体声速和固体声速）。空气的振动其实特别有意思。因为空气是一种可以压缩的物质。因此在振动的时候会出现被压缩和倍扩张的情况——因此声波在传递过程中是以一种纵波（纵波：振动方向和传播方向平行）的方式进行传递的。

那么如果这个振动源在空气中移动会怎样？很多人觉得会产生多普勒效应。逼近的时候音调提高。远离的时候音调降低。

那么就有一个很好玩的特例了。如果在空气中运动的物体以声速运行。那么物体前面空气中传递的纵波就无法进行传递。会一直积累在物体前面。于是空气就会在物体前面无限的压缩（理想气体）。物体前面的音调就会无限的提高。在这种时候就产生了一个概念叫做音障。

如果是理想气体的话。音障是一个密度无限大的墙。飞机撞在上面的时候会直接破碎。但世界上并没有理想气体。并且空气还是一种流体。因此空气就会形成激波将作用于飞行物前面压缩空气的能量向运动方向的四周传递出去。

一旦压缩空气的能量被向四周释放。那么这个物体就达到了音速突破了音障。

突破音障的时候会造成大量的能量释放——音爆。这个能量集中在飞行器飞行路线的一个锥角范畴内。具有极大的伤害作用。这种伤害不仅仅对于飞机之外的人或事物有伤害。对于飞机本身也是存在伤害的。因此凡是能超过音速的飞机在设计过程中都对音爆激波进行形状优化。使飞机上的部件处于这个锥体之内。

而且突破音障的过程也是一个需要飞行员、飞机做好准备的过程。因为音障突破后压力迅速释放。飞机的运动特性会有较大改变。

但这里问题就来了。我们刚刚提到了声速可变。声速和气压、温度都有密切关系。不同高度的声速是不一样的。我们通常说的340米/秒声速是在海平面高度25度的条件下的声速。如果海拔增高到10000米高度声速有可能降低到300米/秒以下（其实根据公式计算是299.41米/秒）。那么如果用公里/小时或者海里/小时的固定速度进行速度表示的话。那么飞行员就根本不知道自己在哪个速度节点上达到声速。也无法做出跨越音障的准备。

因此在基础的六种飞行仪表之外。能够超音速的飞机一般都会有一个马赫表（上图没有）。马赫表的样子是：

就是一个指针小仪表。其实在飞机驾驶舱内并不显眼。而且由于其仅仅是夸音速的时候用一下。还有很多飞机将马赫表做到空速表上。

200位置的黄色小尖头表示是1马赫。

所以说啊。马赫数其实用处真的队战斗机没太大意义。唯一的意义也就是在同等高度马赫数极限高的飞机飞行速度快一些而已。

平时飞行员基本上也不看这个表的。直接看速度表。飞机上的速度表叫空速。代表飞机在空中相对于空气的速度。而地面塔台则通过雷达测速计算飞机的地速。代表飞机相对于地面的速度。

没有报速度喊：“ 01。01。你的飞行速度。呃……是2.3马赫。”这样太不精确了。

其他观点：

我们发现。飞机在低空、低速飞行时。通常用“节”描述速度；而在高空、高速飞行时。又会用“马赫数”衡量速度。

其实马赫数不是速度。而是气流速度与当地声速的比值。用来表征流场压缩性大小。马赫数越大。气体压缩性越大。

马赫数很重要。它反映了飞机当前运动的特性。对飞行安全、机翼改进、结构设计都有重要意义。

1、音速。

声音是一种机械波。音速就是声波在某种介质中的传输速度。在1标准大气压、温度15℃下。声音在空气中的传播速度为340米/秒。

但大气层不是一个上下均匀的整体。它有对流层、平流层、中间层等不同环境。

在对流层中。随高度升高。大气密度、温度相应降低。海拔每升高100米。气温平均下降0.65℃。到1万米高空时。温度已下降到零下50℃左右。

再往上到35～40 千米的平流层中下区域。气温几乎不随高度变化。基本保持在零下45℃左右。所以也叫“同温层”。

在空气介质中。音速的变化与温度密切相关。温度越高。空气分子越活跃。声音传播速度越快；反之。温度越低音速越慢。

因此。飞机以相同速度在不同环境中飞行。得到的马赫数却不相同。比如飞机以340米/秒在温度15℃的海平面上飞行。马赫数为1；在1万米高空仍以340米/秒飞行。马赫数却变成了1.14左右。

在高空飞行时。就算飞机空速表指示空速不变。也会因高度增加音速减小。而不知不觉的超过临界马赫数。从而影响飞行安全。用“马赫数”衡量速度。能让飞行员快速清晰的了解飞行状态。提高安全性。

2、马赫数的作用。

音速是大气中运动物体的速度标杆。飞机在空气中飞行时。机身不断扰动空气形成声波。并以音速向四周传播。

飞机速度<0.3 Ma时。气体密度变化很小。对飞行影响很小；

0.3<Ma<0.8亚音速时。空气流场会压缩但不会产生激波；

0.8<Ma<1.2跨音速时。出现激波。产生巨大阻力。飞机状态不稳定；

Ma>1时为超音速。Ma>5时为高超音速。会产生强激波、高温、振动激励。并伴随化学反应和辐射。

可以看出。1马赫是个重要节点。在此节点前后很多事情会发生变化。

当飞机速度超过音速时。飞机会追上自己产生的声波振动。声波来不及向前传播。就堆积在前方形成一堵“空气墙”。压力越来越大形成激波。

激波造成巨大阻力。飞机变得很不稳定。头重尾轻。剧烈振动。升力骤降。燃料消耗也大大增加。

二战后期。很多优秀飞行员在这上面吃了大亏。当时的飞机动力增加很快。达到2000~2500马力。飞机速度开始接近音速。当飞机俯冲时会瞬间超过音速。进入“音障”。飞机突然失去控制。甚至空中解体。

3、机翼设计。

不光俯冲时超音速。机翼上表面气流也会先于飞机进入超音速。

按照伯努利原理。从机翼上表面流过的气流速度会加快。当飞机接近音速时。机翼上表面气流就已经超音速了。此飞行马赫数被称为临界马赫数。

▲临界马赫数

此时飞机局部超音速。激波阻力大增。机翼下沉、机头下栽。难以控制。为了推迟机翼上表面气流超音速。提高临界马赫数。人们对机翼进行了很多改良。产生了很多新翼型。

二战时的飞机大多是平直机翼。升力大。结构简单。控制方便。但不适合高速飞行。它与空气来流垂直。上表面空气流速很快。

后掠翼很快在大部分机型上使用。但它的缺点也很多。后来又陆续发展了三角翼、双三角翼、变后掠翼、梯形翼、鸭翼等。使飞机在高速飞行时仍有优秀气动性能。

对大型飞机和运输机来说。三角翼不太合适。1967年。美国航空科学家惠特科姆提出了超临界翼型。

这种翼型前缘钝圆。上表面平坦。下表面后缘处反凹。后缘较薄向下弯曲。能有效减小附面层分离。延缓激波产生。提高临界马赫数。在大型运输机、客机上使用效果很好。

综上。飞机在跨越音速时会产生各种复杂的物理现象。对飞行影响很大。用马赫数衡量飞机高速运动特性。对飞行安全、控制、飞机设计都有重要意义。是不可缺少的指标参数。

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其他观点：

“马赫”（Mach number）是表示速度的单位。又被称“马赫数”。一马赫就是一倍音速。“马赫”是战斗机性能的一个重要性能指标。例如小于一马赫。属于亚音速飞行器。超过五马赫属于超高音速飞行器。“天下武功。唯快不破”。例如SR-71“黑鸟”式侦察机。速度就能达到三马赫。这也成为它在服役早期独步武林的绝技。仅凭借速度就能全身而退。这种“降维”打击式的优势是无可比拟的。

在卫星技术成熟之前。侦察机对速度最具迫切需求。因为侦察机几乎没有防护能力。它为了躲避拦截。只能通过提升速度的方式避难。因此美国空军就在1960年代推出了一款“双三”侦察机。美国空军还在1987年提出“先进战斗机”项目。其中就提到“超音速巡航”的概念。例如米格-31截击机、F-22、空载状态的台风战斗机都具备超音速巡航的能力。

马赫在1838年出生于奥地利帝国摩拉维亚布尔诺。他的物理学研究课题主要是光的传播规律和超音速现象。马赫和物理学家皮特·萨彻在1887年发表了有关超音速的相关论文。正确描述了超音速声爆现象。并推导出高速抛体尖端的圆锥形冲击波的现象。

马赫数一半应用在飞行器、火箭等领域。因为声音在空气中的传播速度会随着不同条件而改变。因此马赫数也是一个相对单位。“一马赫”的具体速度并不固定。马赫数在低温下传播速度低一些。因此战斗机在高空能比在低空更容易到达较高马赫数。1947年10月14日。耶格尔曾驾驶一架X-1试验飞机通过脱离B-29载具的形势。首次突破音障。超过一马赫。

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