Mach sayısı

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Ses hızına ulaşmadan hemen önce transonik hız ve buhar konisinde görüntülenen bir F/A-18 Hornet

Mach sayısı, akışkanlar mekaniğinde hareket halindeki bir kütlenin hızının, kütlenin bulunduğu şartlardaki ses hızına oranıdır[1][2]. Kısaltması Ma ya da M'dir. Adını Avusturyalı fizikçi ve filozof Ernst Mach'tan alır. Ernst Mach'tan önce bu konu üzerine Fransız fizikçi Sarrau da incelemeler yaptığından Sarrau sayısı da denir.

Yerel Ses hızı ve dolayısıyla Mach sayısı, ortamı çevreleyen gazların sıcaklığına göre değişkenlik gösterir. Mach sayısı, öncelikle bir akışın sıkıştırılamaz bir akış olarak ele alınabileceği yaklaşımı belirlemek için kullanılır. Bu ortam gaz veya sıvı olabilir. Sınır tabakanın, ortam içinde hareket edebilir veya ortam boyunca akarken sabit olabilir veya her ikisi de farklı hızlarda hareket edebilir: Önemli olan birbirlerine göre göreceli hızlarıdır. Bu sınır, ortama batırılmış bir nesnenin veya ortamı kanalize eden bir püskürtme meme, difüzör veya rüzgar tüneli gibi bir kanalın sınırı olabilir. Mach sayısı iki hızın oranı olarak tanımlandığından boyutsuz nicelikte bir sayıdır. Mach sayısı 0,2-0,3 değerlerinden küçük ve akış yarı sabit ve izotermal ise, sıkıştırılabilirlik etkileri küçük olacaktır ve basitleştirilmiş sıkıştırılamaz akış denklemleri kullanılabilir.

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.

Etimolojisi[değiştir | kaynağı değiştir]

Mach sayısı, Avusturyalı fizikçi ve filozof Ernst Mach'ın adını taşır[3] ve 1929'da havacılık mühendisi Jakob Ackeret tarafından önerilmiştir[4]. Mach sayısı ölçü birimi yerine boyutsuz nicelik olduğundan, sayı birimden sonra gelir; iki birim Mach, 2 Mach yerine Mach 2'dır. Ancak türkçe kullanımında bu detay atlanarak 2 Mach olarak kullanılır. Bu, aynı zamanda birim ilk olan ve Mach teriminin kullanımını etkilemiş olabilecek erken modern okyanus sondaj birimi Mark (ingillizce kulaç kelimesinin eşanlamlısı) biraz anımsatmaktadır.

Mach Biriminin Sınıflandırılması[değiştir | kaynağı değiştir]

Ses altı ve süpersonik terimleri, en saf anlamıyla, sırasıyla sesin yerel hızının altındaki ve üzerindeki hızlara atıfta bulunurken, aerodinamikçiler genellikle Mach değerlerinin belirli aralıkları hakkında konuşmak için aynı terimleri kullanırlar.

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.

Ayrıca bakınız[değiştir | kaynağı değiştir]

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Young, Donald F.; Bruce R. Munson; Theodore H. Okiishi; Wade W. Huebsch (2011). A Brief Introduction to Fluid Mechanics (İngilizce) (5 bas.). John Wiley & Sons. s. 95. ISBN 978-0-470-59679-1. 
  2. ^ Graebel, W.P. (2001). Engineering Fluid Mechanics (İngilizce). Taylor & Francis. s. 16. ISBN 978-1-56032-733-2. 
  3. ^ "Ernst Mach". Encyclopædia Britannica (İngilizce). 2016. 
  4. ^ Jakob Ackeret: Der Luftwiderstand bei sehr großen Geschwindigkeiten. Schweizerische Bauzeitung 94 (Oktober 1929), pp. 179–183 (Almanca). Ayrıca bakınız: N. Rott: Jakob Ackert and the History of the Mach Number. Annual Review of Fluid Mechanics 17 (1985), pp. 1–9 (İngilizce).