高超音速中的马赫速度到底有多快？换算成千米每小时是多少千米？

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马赫是一种常用的速度单位，在飞行器的性能参数中经常表示。例如美国装备的SR-71黑鸟侦察机性能参数为：

最大速度3.28马赫（3,492km/h）

爬升率≥60米/秒

实用上限:24,285米

最大升限：25,900米)

最大航程：5,400公里)

机翼载荷：460公斤/小时平方米)

推重比：0.382:1

相信熟悉飞机性能的朋友一定会对这些数据感到惊叹，因为3.28马赫的速度即使放在现在也是极高的速度，比如F22的极速。只是1.95马赫（公开数据，实际数据是绝密的）。虽然最高速度未知，但绝对不可能超过SR-71的速度。

普是速度的单位，1普是音速的两倍，不过你一定发现了一个问题，SR-71的最高速度是3.28普（3,492km/h），好像有点问题，音速是340公里/秒，按照这个计算，速度只有2.85马赫，哪里有3.28马赫，难道维基的数据有误？

其实维基的数据没有错。马赫只是一个音速倍数的概念，但是音速是会变的！

马赫和大名鼎鼎的恩斯特·马赫

恩斯特·马赫是一位奥地利-捷克实验物理学家。他的研究领域是光传播定律和超音速现象。1887年，他发表了关于超音速弹丸运动的声音效果（即音爆）。他推导并通过实验验证了高速弹丸尖端存在锥形激波，即激波，以及流体速度与局部声速的比值vp/vs，即现在所称的马赫数.

ErnstMach

马赫研究的超音速领域几乎是现代飞机的必由之路。二战的战斗机设计者发现，当战斗机螺旋桨叶尖的速度接近音速时，效率急剧下降。再加上直翼高速、阻力极高等等，所以以后要想进入超音速领域，就必须要有革命性的改变，所以后来才出现了喷气发动机和后掠翼！

关于音速

声音在介质中传播的速度就是音速。它没有一个确切的数字，它会随着介质密度的变化而变化。例如，声波在钢中的速度为5900m/s（纵波），在铜中的速度为4900m/s，在水中的纵波速度为1497m/s（25℃，蒸馏水），海水中的速度略高，为1531m/s。

空气中的传播速度会随着高度的增加而降低。例如，海平面的声速约为340米/秒，但在SR-71黑鸟侦察机24285米的升限处，声速为295米/秒，所以以此为标准，计算结果为3,492公里/小时，正好等于3.28马赫。

关于马赫环

喷气发动机或火箭和超音速冲压喷气发动机在尾喷口后出现，明暗相间的尾流现象，称为马赫环，大神恩斯特·马赫是第一个解释这种现象的，所以马赫Ring是以他的名字命名的。

SR-71黑鸟侦察机采用普惠J58发动机，加力开启时，高速高温的废气形成明显的马赫环，介质流场非常复杂。高温高压尾流从尾喷管排入大气时，局部密度会发生剧烈变化。排气会经过一个膨胀过程，大气压力会压缩尾流，所以会形成斜激波，并且会反复交替出现，形成连续的明暗尾流。

关于高超音速飞行器

现代高超音速飞行器主要有两种类型，一种是滑翔式高超音速飞行器，一种是高超声速发动机推进的飞行器。一种飞行器，其势能以高超音速滑行，其空气动力学形状决定了其飞行特性。

高超音速发动机有两种，一种是次燃冲压发动机，一种是超燃冲压发动机。前者的气流经压缩后以亚音速通过燃烧室，其燃烧特性比较容易控制。冲压喷气发动机大多是次燃冲压喷气发动机。

另一种超燃冲压发动机是压缩空气流以超音速通过燃烧室，燃烧室中的气流超过音速，停留时间极短。一根火柴，还需要稳定燃烧，但分离式冲压发动机燃烧室的稳定难度显然比这要困难得多。

当然还有一种很有前途的高超音速发动机不属于冲压式，而是脉冲爆震式。这类发动机不使用压缩气体，而是通过气体与燃料的混合爆炸来实现的。

未来太空飞机的发动机要么是涡轮喷气发动机+冲压发动机，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，占用空间大，而冲压发动机和脉冲爆震发动机可以利用大气中的氧气。不过好像不管是哪一种难度都是极高的，所以直到现在也没有完全领悟。

关于“摩擦加热”

飞船返回地球，流星体穿过大气层。很多书都会告诉你，之所以会发出这种光，是因为飞船与大气层摩擦产生的高温。当然，这个解释也不是完全错误的！

超音速飞行时SR-71机身的温度分布

但主要的热源是高超音速下的冲击波加热，因为当物体以远超音速的速度运动时，空气分子不能与周围的空气分子“通知”，从而挤压在一起形成压缩面。压缩面会以大致与速度成反比的方式扩散，形成冲击波。当它与正前方的运动物体接触时，高温会传递到物体上，形成高温高压区，有些飞机会利用机翼围住冲击波，形成乘波体，此时的升力不是来自所谓的攻角和伯努利效应，而是冲击波。

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