在我們的生活中，存在着很多基本單位，這是科學家通過各種物理定律和有關的定義，在彼此間建立的聯系。

國際單位制

在國際單位制中，一共存在7個基本單位，包括長度（米）、質量（千克）、時間（秒）、電流（安培）、熱力學溫度（開爾文）、物質的量（摩爾）和發光強度（坎德拉）。

當然，表示物理量的單位不止這7個，其對應的範疇還劃分出了多種單位。

而今天，要和大家講述的馬赫（Mach number），就是用來表達速度的單位，這個單位和普通的單位有很大不同。

馬赫儀表

接下來，我們就來了解一下，1馬赫相當于每小時多少公裡？為什麼飛行速度，常用馬赫為單位。

馬赫其實就是速度和音速的比值，是用奧地利物理學家恩斯特·馬赫命名的，不過它隻能算作一個相對的速度單位，一般用來表示飛機、火箭、導彈等飛行器的速度。

音速其實就是聲音的傳播速度，它可以在固體、液體和氣體中傳播，其傳播的速度與介質的密度有關，密度越大，音速越快。

聲音傳播

當然，在空氣中，聲音的傳播速度也會根據溫度、氣壓的變化而變化。

根據物理學定義，在标準大氣壓和15℃的條件下，音速可以達到344米/秒，這一速度被認為是标準音速。

但是當飛行器在空中運行的時候，經過的每一段路程，音速都會發生很大的變化，而與之對應的馬赫數就會不斷變化，所以我們才說馬赫的速度并不固定。

超音速飛行

如果是在标準音速下，1馬赫就相當于每小時大約1224公裡，馬赫數1就是1倍音速，當馬赫數小于1時，就被稱為亞音速，而當馬赫數大于5左右時，就被稱為超高音速。

一般來說，在高空中飛行比在低空中更容易得到較高的馬赫數，因為在低溫狀态下，聲音的傳播速度就會慢很多。

超高音速導彈

了解到飛行速度和音速挂鈎後，我們還需要進一步了解飛行器在空中飛行時，會受到哪些限制，才能知道為什麼要使用馬赫作為飛行速度的單位。

一個飛行器在空氣中飛行的時候，前方的空氣就會受到擠壓，當飛行器的飛行速度比較慢時，這團空氣就會經過“壓縮”→“複原”→“彈開”的過程。

如果飛行器接近音速的速度，并持續一段時間後，這團空氣就會被“壓縮”到無法“複原”，也就無法“彈開”。

飛行器在空中飛行的阻礙

于是它就會在飛行器前方一直堆積，最終形成空氣密度的一個突擊面——激波面，此時飛行器行進時遇到的阻力就會變大。

而在這種情況下，造成的飛行障礙就是俗稱的“音障”。

馬赫數可以更快了解音障

音障出現的時候，飛行器的操縱性和穩定性會遭到破壞，很容易發生飛行事故。

在二戰期間，很多戰鬥機在加速俯沖時，一旦速度達到0.9馬赫，也就是接近音速的時候，就會感受到強烈的音障。

此時機體周圍的流動态會發生激波和劇烈的幹擾阻力，使得機身抖動失控，嚴重時甚至會當場解體。

當場解體

所以飛行員就必須要了解速度和音速的即時關系，并提前做好準備，以此來提高飛行的安全性。

此時馬赫數的優勢就起到了很好的作用，就像前面講的，音速在不同環境下會發生很大的變化，那些飛行速度很快的飛行器，根本很難及時了解飛行器會遇到的情況。

突破音障

所以在飛行器上，就需要安裝一個顯示馬赫數的儀表，這個儀表就可以根據所處區域的各種條件，如空氣密度、溫度和壓強等。

以此計算出當時的音速，再根據彼時的飛行速度進行比較，最終計算出馬赫數。

如果物體飛行的速度，達到超音速，盡管前方的空氣仍會被“壓縮”，但此時空氣的速度已經比物體的飛行速度慢了，就沒有辦法在前方堆積形成阻力了。

飛行器在空中的情況

一般來說，隻要馬赫數達到1.2以上，就可以實現超音速飛行，那些沒有辦法超過飛行速度的“壓縮空氣”會在物體的尾部聚集，由此形成音錐。

随後就有可能導緻強烈的音爆效應，直接将建築的玻璃震碎，甚至導緻耳聾，所以在全球範圍内，都會禁止飛行器用超高音速在居民區上空進行飛行。

除了音障的影響外，使用馬赫數作為飛行速度的單位，最重要的還是音速和空氣密度、溫度和大氣壓等指标存在确定的對應關系。

音爆效應

用馬赫數就可以準确地描述出，飛行器在當前情況下地空氣動力學特性。

接下來我們可以感受一下，馬赫到底有多快。

世界上第一次馬赫數超過1的飛行，是在1947年的10月。

當時美國飛行員耶格爾駕駛X-1實驗飛機在加州南部上空，上升到12000米高空時，脫離了母機B-29，在那裡實驗飛機的飛行速度達到了1078千米/小時，這是人類第一次突破音障飛行。

X-1超音速飛機

超音速飛行器的研發，也是因為在二戰期間很多飛行器因音障報廢。

當馬赫達到2-5時，就可以實現超音速飛行了，美國在實現第一次超音速飛行後，就一直提高速度。

不過飛行速度越快，機身和空氣的高速摩擦，就會使機身表面的溫度急劇上升，所以當馬赫數高于2.5後，飛行器就需要采用耐熱合金節後進行防熱處理。

美國超音速戰鬥機

随着技術的進步，我們已經進入超高音速時代了，當馬赫數達到5以上時，就可以實現超高音速飛行。

美國的技術進步一直很快，他們在上世紀50年代，就已經實驗了首個飛行速度超過6馬赫的X-15飛機，時速甚至可以達到每小時7000公裡。

如今我國已經成功研制出了馬赫數為6的超高音速飛機，它能夠在6小時内環繞地球一周。

X-15

由于速度過高，壓力減小後容易導緻飛行員出現黑視和眩暈等情況，所以為了保障飛行員的安全，他們在飛行時必須穿戴特制壓力服。

超高音速在軍事上有着重要的意義，超高音速導彈、超高音速飛機和空天飛機等，都已經作為一個國家的戰略武器。

就拿超高音速導彈來說，采用的是“錢學森彈道”，有着特殊的飛行軌迹，與超高音速結合，可以極大地增加敵軍空天防禦系統的識别和攔截難度，并且有效地擊中目标。

超音速導彈

當馬赫數達到5以上之後，彈丸都不需要裝填火藥，僅依靠巨大的動能就可以對目标造成毀滅性的打擊。

因此軍事專家将超高音速稱為，繼螺旋槳、噴氣推進器之後，航空史上的第三次革命性成果。

當然人類對技術的研發是永無止盡的，在超高音速導彈之上，美國宇航局甚至還提出了極超高音速導彈的概念，它的速度可以達到馬赫數10以上。

超高音速導彈路徑

不過這一技術目前尚且還在研發中，畢竟現在能夠掌握超高音速導彈的研發技術和經驗的國家也是極少數。

當然很多人也表示，如果超音速發展到一定程度，或許能夠将其從軍事領域擴展到民用領域，其實在上世紀就已經出現過超音速客機，隻是因為事故被終止。

或許在技術的進步下，我們能夠再次實現，這樣人們的出行時間就會進一步縮短了，不過這其中就牽涉到制造成本的問題。

超音速客機

因為民用飛機一般以盈利為目的，要在盈利的同時保障飛機的安全性，高超的技術和設備肯定少不了，把成本折算到票價上，幾乎很難讓人接受，所以還是慢慢發展吧。

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