在我们的生活中，存在着很多基本单位，这是科学家通过各种物理定律和有关的定义，在彼此间建立的联系。

国际单位制

在国际单位制中，一共存在7个基本单位，包括长度（米）、质量（千克）、时间（秒）、电流（安培）、热力学温度（开尔文）、物质的量（摩尔）和发光强度（坎德拉）。

当然，表示物理量的单位不止这7个，其对应的范畴还划分出了多种单位。

而今天，要和大家讲述的马赫（Mach number），就是用来表达速度的单位，这个单位和普通的单位有很大不同。

马赫仪表

接下来，我们就来了解一下，1马赫相当于每小时多少公里？为什么飞行速度，常用马赫为单位。

马赫是相对的速度单位

马赫其实就是速度和音速的比值，是用奥地利物理学家恩斯特·马赫命名的，不过它只能算作一个相对的速度单位，一般用来表示飞机、火箭、导弹等飞行器的速度。

音速其实就是声音的传播速度，它可以在固体、液体和气体中传播，其传播的速度与介质的密度有关，密度越大，音速越快。

声音传播

当然，在空气中，声音的传播速度也会根据温度、气压的变化而变化。

根据物理学定义，在标准大气压和15℃的条件下，音速可以达到344米/秒，这一速度被认为是标准音速。

但是当飞行器在空中运行的时候，经过的每一段路程，音速都会发生很大的变化，而与之对应的马赫数就会不断变化，所以我们才说马赫的速度并不固定。

超音速飞行

如果是在标准音速下，1马赫就相当于每小时大约1224公里，马赫数1就是1倍音速，当马赫数小于1时，就被称为亚音速，而当马赫数大于5左右时，就被称为超高音速。

一般来说，在高空中飞行比在低空中更容易得到较高的马赫数，因为在低温状态下，声音的传播速度就会慢很多。

超高音速导弹

用马赫做飞行速度单位的原因

了解到飞行速度和音速挂钩后，我们还需要进一步了解飞行器在空中飞行时，会受到哪些限制，才能知道为什么要使用马赫作为飞行速度的单位。

一个飞行器在空气中飞行的时候，前方的空气就会受到挤压，当飞行器的飞行速度比较慢时，这团空气就会经过“压缩”→“复原”→“弹开”的过程。

如果飞行器接近音速的速度，并持续一段时间后，这团空气就会被“压缩”到无法“复原”，也就无法“弹开”。

飞行器在空中飞行的阻碍

于是它就会在飞行器前方一直堆积，最终形成空气密度的一个突击面——激波面，此时飞行器行进时遇到的阻力就会变大。

而在这种情况下，造成的飞行障碍就是俗称的“音障”。

马赫数可以更快了解音障

音障出现的时候，飞行器的操纵性和稳定性会遭到破坏，很容易发生飞行事故。

在二战期间，很多战斗机在加速俯冲时，一旦速度达到0.9马赫，也就是接近音速的时候，就会感受到强烈的音障。

此时机体周围的流动态会发生激波和剧烈的干扰阻力，使得机身抖动失控，严重时甚至会当场解体。

当场解体

所以飞行员就必须要了解速度和音速的即时关系，并提前做好准备，以此来提高飞行的安全性。

此时马赫数的优势就起到了很好的作用，就像前面讲的，音速在不同环境下会发生很大的变化，那些飞行速度很快的飞行器，根本很难及时了解飞行器会遇到的情况。

突破音障

所以在飞行器上，就需要安装一个显示马赫数的仪表，这个仪表就可以根据所处区域的各种条件，如空气密度、温度和压强等。

以此计算出当时的音速，再根据彼时的飞行速度进行比较，最终计算出马赫数。

如果物体飞行的速度，达到超音速，尽管前方的空气仍会被“压缩”，但此时空气的速度已经比物体的飞行速度慢了，就没有办法在前方堆积形成阻力了。

飞行器在空中的情况

一般来说，只要马赫数达到1.2以上，就可以实现超音速飞行，那些没有办法超过飞行速度的“压缩空气”会在物体的尾部聚集，由此形成音锥。

随后就有可能导致强烈的音爆效应，直接将建筑的玻璃震碎，甚至导致耳聋，所以在全球范围内，都会禁止飞行器用超高音速在居民区上空进行飞行。

除了音障的影响外，使用马赫数作为飞行速度的单位，最重要的还是音速和空气密度、温度和大气压等指标存在确定的对应关系。

音爆效应

用马赫数就可以准确地描述出，飞行器在当前情况下地空气动力学特性。

马赫到底有多快

接下来我们可以感受一下，马赫到底有多快。

世界上第一次马赫数超过1的飞行，是在1947年的10月。

当时美国飞行员耶格尔驾驶X-1实验飞机在加州南部上空，上升到12000米高空时，脱离了母机B-29，在那里实验飞机的飞行速度达到了1078千米/小时，这是人类第一次突破音障飞行。

X-1超音速飞机

超音速飞行器的研发，也是因为在二战期间很多飞行器因音障报废。

当马赫达到2-5时，就可以实现超音速飞行了，美国在实现第一次超音速飞行后，就一直提高速度。

不过飞行速度越快，机身和空气的高速摩擦，就会使机身表面的温度急剧上升，所以当马赫数高于2.5后，飞行器就需要采用耐热合金节后进行防热处理。

美国超音速战斗机

超高音速飞行

随着技术的进步，我们已经进入超高音速时代了，当马赫数达到5以上时，就可以实现超高音速飞行。

美国的技术进步一直很快，他们在上世纪50年代，就已经实验了首个飞行速度超过6马赫的X-15飞机，时速甚至可以达到每小时7000公里。

如今我国已经成功研制出了马赫数为6的超高音速飞机，它能够在6小时内环绕地球一周。

X-15

由于速度过高，压力减小后容易导致飞行员出现黑视和眩晕等情况，所以为了保障飞行员的安全，他们在飞行时必须穿戴特制压力服。

超高音速在军事上有着重要的意义，超高音速导弹、超高音速飞机和空天飞机等，都已经作为一个国家的战略武器。

就拿超高音速导弹来说，采用的是“钱学森弹道”，有着特殊的飞行轨迹，与超高音速结合，可以极大地增加敌军空天防御系统的识别和拦截难度，并且有效地击中目标。

超音速导弹

当马赫数达到5以上之后，弹丸都不需要装填火药，仅依靠巨大的动能就可以对目标造成毁灭性的打击。

因此军事专家将超高音速称为，继螺旋桨、喷气推进器之后，航空史上的第三次革命性成果。

当然人类对技术的研发是永无止尽的，在超高音速导弹之上，美国宇航局甚至还提出了极超高音速导弹的概念，它的速度可以达到马赫数10以上。

超高音速导弹路径

不过这一技术目前尚且还在研发中，毕竟现在能够掌握超高音速导弹的研发技术和经验的国家也是极少数。

当然很多人也表示，如果超音速发展到一定程度，或许能够将其从军事领域扩展到民用领域，其实在上世纪就已经出现过超音速客机，只是因为事故被终止。

或许在技术的进步下，我们能够再次实现，这样人们的出行时间就会进一步缩短了，不过这其中就牵涉到制造成本的问题。

超音速客机

因为民用飞机一般以盈利为目的，要在盈利的同时保障飞机的安全性，高超的技术和设备肯定少不了，把成本折算到票价上，几乎很难让人接受，所以还是慢慢发展吧。