马赫数是以奥地利物理学家马赫的名字命名的,他是第一个对气体和运动关系进行研究的物理学家。
在19世末20世纪初的时候,马赫对运动的定律、经验定律以及流体的定律等进行了研究,著有《研究热力学的方法》、《声音》、《电影》等书。
马赫还对流速流线、复杂的三维流体进行了研究,并且提出了马赫角的概念,他对运动的知识进行了总结,并且对流体的流动进行了研究,对于流体的流动进行了分类,除了划分为层流和湍流外,还对流体的流动进行了无量纲性的分类,而马赫数是无量纲的,就是属于这种分类。
马赫在流体力学中的研究得到了广泛的应用,马赫数是根据流体动力学的原理发展而来的。
在流体的流动中,如果在流体的流动中有一个物体,那么这个物体就会对流体产生阻力,同时流体对这个物体也会产生阻力,这个力就是流体的阻力。
在流体中,如果有一定质量的物体,那么这个物体就会有一定的惯性,物体的质量越大,惯性越大,当物体的质量很大时,流体的阻力对物体的影响就会很小,可以忽略不计,只需要考虑流体对物体的阻力即可。
而在流体中,如果物体的质量很小,或者流体的密度非常大时,流体对物体的阻力就会非常大,所以就需要考虑物体对流体的影响。
根据流体力学的原理可以推导出一个无量纲的概念,这个概念就是马赫数,马赫数就是流体中物体的惯性力和流体的粘滞性之比,流体中的粘滞性是一种阻力,所以马赫数就是物体受到的阻力和物体自身的惯性之比。
马赫将流体力学中的物体受到的阻力和物体自身的惯性之比进行了进行无量纲的描述,这个比值就是马赫数,马赫数也可以理解为物体的速度和声速之比,速度就是物体的惯性,而声速就是流体中的阻力。
所以马赫数就是物体相对于空气的速度和空气中的声速之比,而且速度和声速都是通过大气的声速来进行描述的。
所以马赫数就是物体速度与音速的比值,大于1表示超过音速。
在航空领域中,马赫数的应用需要考虑大气的状况,由于大气的密度会随着高度的升高而减小,大气的压强、温度、湿度等也会随着高度的升高而减小,所以速度和音速都会随着高度的改变而改变。
在高空的大气中,由于大气的密度已经很小,空气的阻力已经很小,所以飞行器的马赫数就会很小,飞行器的速度就需要非常的快才能够产生一定的侧向力,从而使飞机能够进行机动。
而低空中的大气非常的稠密,所以飞行器的马赫数就会很大。