Uçaklarda ses hızı yani mach; sıvı bir ortamda hareket eden her nesne için bu, aerodinamikteki boyutsuz sayılardan biridir ve sesin sıvıdaki ses hızına oranını temsil eder.
Hareket eden her sistem doğal olarak akış alanında bir rahatsızlık yarattığından, bu rahatsızlık bir basınç dalgası ile bu akış alanı üzerinden iletilebilir. Aslında bu ortamdaki herhangi bir basınç dalgası ses hızında iletilir ve sesten daha hızlı hareket ettiğinde akış alanında bir süreksizliğe neden olur. Bu süreksizlik şok dalgası olarak bilinir ve gerçekleşmesi için ses hızının aşılması gerekir.
Mach Sayısı Nedir?
Mach sayısı farklı alanlara bölünmelidir. Çünkü problemin sistematiği bu sınıflandırmaya göre değişecektir. Hızla ilgili teknik uygulamalarda sistemler daima mevcut hız aralığı için gerekli şartlara göre tasarlanır. Mach sayısı, bir sistemin hızının bulunduğu ortamdaki ses hızına oranıdır.
Ses hızı, çoğu durumda hava olan sıvının karakterine ve sıcaklığına bağlı olarak değişen bir hızdır. Sıcaklığa bağlı değişimi açıklamak kolaydır. Ses hızı, Kelvin cinsinden sıvının sıcaklığının kareköküyle doğru orantılı olarak artar. Çekirdek ısı oranı dediğimiz gama oranı değişkendir.
Gaz dinamiğinde, bir gaz molekülünün dört farklı enerjisi vardır ve bir gaz atomunun iki farklı enerjisi vardır. Moleküler seviyedeki sıcaklık, parçacığın kinetik enerjisi olduğundan, bunlar da farklı sıcaklık türleridir. Atomik gazlar yalnızca öteleme ve elektronik sıcaklıklara sahipken, moleküler gazlar ek dönme ve titreşim sıcaklıklarına sahiptir. Bu tür sıcaklıklar uyarıldığında ve daha yüksek enerji seviyelerine ulaşıldığında, çekirdek ısı oranı düşer.
Uçaklarda Mach Aralığı
Bu, ses altı rejim olarak bilinen alandır. Bu hızlarda sıcaklık, basınç ve yoğunluk, havanın durgun ve sıvı hali arasında farklılaşmaya başlar. Bu durum testlerde ve sıvı analizlerinde de dikkate alınmalıdır. Yolcu uçakları en hızlı araçlar arasındadır. Bu araçların tasarımı hala rasyonelleştirmeye yöneliktir. Süpersonik araçların geometrik olarak en çarpıcı detayı budur.
Aracın dış tasarımına bağlı olarak, araç hızı ses hızının altında olsa bile aracın etrafındaki havanın sesin üzerine çıkabileceği yerel alanlar vardır. Yakıt tüketimini artıran şok dalgaları yarattığı için böyle bir durum istenmeyen bir durumdur. Sivil havacılıkta en istenmeyen durum budur.
Örneğin, deniz seviyesinde, 1 atm basınçta ve 15oC hava sıcaklığında 1 Mach = 1226,5 km/saat (340 metre/saniye) olarak belirtilir. Yerde ses hızı göğe oranla daha yüksek değerdedir.
Yerden yükseldikçe hava sıcaklığı düşer. Deniz seviyesinden 11 km yüksekliğe kadar (Stratosfer sınırına kadar) olan atmosfer tabakasına troposfer adı verilir. Ses hızının karesi hava sıcaklığı ile doğru orantılı olarak değiştiğinden, yerden yükseldikçe ses hızı azalır. Buna bağlı olarak da o yükseklikteki mach sayısı deniz seviyesine göre daha az olur.
Örneğin, Stratosfer sınırında 11.000 metrede 1 Mach = 1062,2 km/saattir.
| Adlandırma | Uçuş Hızı | Genel Uçak Karakteristiği | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| (Mach) | (knots) | (mph) | (km/h) | (m/s) | ||
| Sesaltı | <0.8 | <530 | <609 | <980 | <273 | Çoğu zaman, yüksek en boy oranlı (ince) kanatlara ve burun ve ön kenarlar gibi yuvarlak özelliklere sahip pervaneli ve ticari turbofan uçaklar. |
| Transonik | 0.8 –1.2 | 530 –794 | 609 –914 | 980–1,470 | 273–409 | Transonik uçaklar neredeyse her zaman süpürme kanatlarına sahiptir, bu da sürükleme sapmasının gecikmesine neden olur ve genellikle Whitcomb Alan kuralının ilkelerine bağlı bir tasarıma sahiptir. |
| Süpersonik | 1.2–5.0 | 794-3,308 | 915-3,806 | 1,470–6,126 | 410–1,702 | Modern savaş uçağı, düşük hızda kullanım sağlamak için taviz vermelidir; “gerçek” süpersonik tasarımlar arasında F-104 Starfighter, Kuzey Amerika XB-70 Valkyrie, SR-71 Blackbird ve BAC / Aérospatiale Concorde bulunur. |
| Hipersonik | 5.0–10.0 | 3,308–6,615 | 3,806–7,680 | 6,126–12,251 | 1,702–3,403 | Mach 6.72’deki X-15, en hızlı insanlı uçaklardan biridir.Ayrıca soğutulmuş nikel-titanyum kaplama; son derece entegre (girişim etkilerinin hakimiyeti nedeniyle: doğrusal olmayan davranış, süperpozisyon için sonuçların üst üste binmesinin geçersiz olduğu anlamına gelir), Mach 5 X-51A Waverider üzerindekiler gibi küçük kanatlar. |
| Yüksek Hipersonik | 10.0–25.0 | 6,615–16,537 | 7,680–19,031 | 12,251–30,626 | 3,403–8,508 | Mach 9.6’daki NASA X-43, en hızlı uçaklardan biridir. Termal kontrol, baskın bir tasarım düşüncesi haline gelir. Yapı ya sıcak çalışacak şekilde tasarlanmalı ya da özel silikat karolar veya benzeri ile korunmalıdır. |
| Atmostere Giriş Hızı | >25.0 | >16,537 | >19,031 | >30,626 | >8,508 | Ablatif ısı kalkanı; küçük veya kanatsız; künt şekil. |
