说起“马赫”,这玩意儿,平时大家在新闻里或者看电影的时候肯定听过,什么“超音速飞机”、“马赫数”,听着就挺高大上的。但真要问起来,这玩意儿到底是干啥的,很多朋友心里可能就有点懵圈了。我今天就简单说说我最近折腾这块的心得,把马赫这个概念掰开揉碎了唠唠。
我最开始接触这概念,是在研究飞机模型的时候。那时候我就是单纯觉得,速度越快越厉害。后来做点仿真测试,想量化一下速度,就看到了“马赫数”。我琢磨着,这东西肯定跟速度有关,但它本身又不是米/秒或者公里/小时这种我们熟悉的单位,这就很别扭了。
我一开始也犯迷糊,心想这不就是个速度单位吗?后来一查,明白了,马赫压根儿就不是一个固定的速度值,它是个“相对速度”。这就像我们说“光速”,我们知道光速是恒定的,但马赫这个数,它得跟当地的条件挂钩。
简单来说,马赫数(Mach Number)就是物体运动的速度除以当时当地的声音传播速度。用公式一写就是:

对,就是这么个比值关系。所以你看,马赫数是“1”的时候,就代表你飞行的速度跟当地的声音传播速度一样快,这就是所谓的“音速”。
这就麻烦了。我开始测试的时候发现,音速这个基准值,它不是固定不变的。它主要受介质的温度影响。我一开始以为在哪儿都一样,结果发现,在海平面,标准大气压下(比如0摄氏度),音速大概是331米/秒,换算一下大约是1191公里/小时。这个速度下,1马赫就是这个数。
但是,你要是飞到万米高空,那里的温度低多了,声音传播速度就慢了。可能当时的气温是零下五十多度,音速也就降到290米/秒左右。你在高空飞1马赫,实际的速度值比在地面飞1马赫要慢一些。
我拿手里的一个模拟器跑数据时,遇到了个问题。我设定了一个目标速度,比如我要模拟300米/秒的速度飞行。我直接把300米/秒代进去算飞机效率,结果出来一堆乱七八糟的阻力系数,感觉不对劲。

我重新审视了我的测试环境参数,发现当前环境温度是15摄氏度。我赶紧翻出来当时的音速对照表(当时是查网上的公式自己算的),在15度下,音速大约是340米/秒。然后我开始换算:
看到这个结果我就踏实了。原来我模拟的速度,还不到1马赫,属于亚音速。如果我非要用300米/秒去套1马赫的标准去计算,那数据肯定差了十万八千里。
再后来为了验证突破音障的感觉,我把模拟器的速度拉到刚好达到音速。当我设置速度等于当时环境音速时,软件上显示的马赫数直接跳到了1.00。这时候,我才能说我的模型进入了音障前沿。
所以你看,马赫这个单位,它就是个参照物。它告诉你,你跑得有多快,相对于你所在那个环境里声音跑得多快。如果你跑得比声音快,那就是超音速,马赫数大于1;跑得比声音慢,就是亚音速,马赫数小于1。没什么复杂的,记住它是个比值,比的永远是“你跑的速度”和“当前环境下的音速”。