I aerodynamikk er det kritiske Mach-tallet (eller enda lavere kritiske Mach ) den laveste hastigheten til den uforstyrrede strømmen (uttrykt som en funksjon av Mach-tallet ) der en sone hvor strømningshastigheten er sonisk (lik Mach 1). [1]
For et fly (som for ethvert legeme som beveger seg i en væske), er hastigheten på luftstrømmen rundt overflatene ikke nøyaktig lik hastigheten på fly. Luften akselererer og bremser ned i henhold til geometrien den møter, og ved det kritiske Mach-tallet er det områder der luftens hastighet er lik lydens hastighet, selv om flyhastigheten er mindre enn Mach 1.
Den kritiske Mach avhenger sterkt av formen på kroppen og innfallsvinkelen med luftstrømmen. For squat kropper (for eksempel en sylinder) kan det være verdt omtrent 0,4 mens for koniske kropper kan det nå 0,7 - 0,8. [1] Ved å øke hastigheten på strømmen utover det kritiske Mach-tallet, vil området der hastigheten er supersonisk utvide seg til å skape en "oversonisk boble" nedsenket i en subsonisk strømning. På forsiden av boblen, på grunn av profilens geometri, vil det oppstå svake ekspansjonsbølger som luftstrømmen akselererer gjennom. Disse ekspansjonsbølgene, som møter den soniske linjen som avgrenser boblen i den øvre delen, vil bli reflektert som kompresjonsbølger som strømmen i stedet bremser gjennom. Gitt geometrien på baksiden av profilen, vil disse kompresjonsbølgene konvergere, og ha en tendens til å smelte sammen på den bakre veggen av boblen og gi opphav til en normal kollisjon , nedstrøms for hvilken hastigheten går tilbake til subsonisk. [2]
Etter hvert som hastigheten øker ytterligere, forsterkes støtet og beveger seg nedstrøms mens den supersoniske boblen fortsetter å utvide seg. Aerofoilene er generelt asymmetriske og dette betyr at på buken av profilen (vanligvis flatere) utvikles den supersoniske boblen med høyere hastigheter enn på ryggen og har en tendens til å bevege seg raskere mot bakkanten av profilen. For hastigheter nær Mach 1 går støtene på ryggen og magen til profilen sammen med bakkanten og den supersoniske boblen strekker seg gjennom hele profilen bortsett fra et lite område på forkanten hvor strømmen forblir subsonisk. Ved en Mach litt høyere enn 1 forsvinner den supersoniske boblen (ettersom strømmen nå investerer den supersoniske profilen) og en løsrevet bump dukker opp foran kroppen som skaper en liten moderat subsonisk boble i forkanten. Av denne grunn er det ingen klar definisjon av det høyere kritiske Mach-tallet til det transoniske feltet, selv om det subsoniske området (svært begrenset i forlengelse og bestemt til å krympe raskt når Mach øker) genererer ubetydelige effekter på profilen som kan studeres som om den var faktisk nedsenket i et fullstendig supersonisk fartsfelt. [3]
Ved hastigheter over det kritiske Mach-tallet øker motstanden kraftig. I det subsoniske feltet oppstår en stall når strømmen løsner fra overflaten av profilen på grunn av ugunstige trykkgradienter . I nærvær av en kollisjon mister partiklene som passerer gjennom den mekanisk energi, noe som ytterligere reduserer muligheten for å overvinne den negative gradienten i den bakre delen av profilen med konsekvensen av en for tidlig løsrivelse fra veggen, en kollaps av heisen og en økning i motstand. Dette fenomenet kalles "sjokkstall". I tillegg, siden området på profilen som påvirkes av stallen er det bakre, vil den gjenværende heisen være preget av å ha et påføringspunkt flyttet fremover, og generere sterke variasjoner i momentkoeffisienten . Til motstanden av form på grunn av løsrivelsen av væskevenen fra kroppen som i subsonisk tilfelle, blir bølgemotstanden lagt til etter de dissipative fenomenene som oppstår inne i støtet.
Equalizeren er den bevegelige delen av det horisontale haleplanet til et fly, som tillater langsgående kontroll av flyet. Under andre verdenskrig, ettersom flyytelsen økte, skjedde det mange ulykker som følge av at flyet mistet kontrollen i høye hastigheter. Ved hastigheter nær hastigheten til stabilisatorens kritiske mach , førte aktiveringen av balanseren av piloten som for eksempel hadde til hensikt å trekke seg opp, til en økning i forekomsten av stabilisatoren med påfølgende krasj. Den resulterende effekten på grunn av tap av løft på stabilisatoren og ineffektiviteten til balanseren som ble truffet av den separate strømmen på grunn av stabilisatorstoppen, resulterte i et skarpt dykk, det motsatte av det som var ønsket. Dette fenomenet, fortsatt ikke godt forstått på den tiden, sammen med problemene på grunn av kompressibilitet bidro til den populære frasen lydbarriere for å definere vanskeligheten med å nå flyhastigheter lik eller større enn Mach 1. Problemet med longitudinell kontroll ble deretter løst med innføring av horisontale plan dannet av en enkelt mobil overflate (stabilator).
Det første militærflyet som ble designet for å fly med transoniske hastigheter (som den nordamerikanske F-86 Sabre ) hadde imidlertid ikke den nødvendige skyvekraften til å overskride lydhastigheten i vannrett flyging, men bare ved å synke. Bell X-1 , drevet av en rakettmotor, var det første flyet, i 1947, som passerte Mach 1 i plan flyvning .
Siden den aerodynamiske motstanden i det transoniske feltet er mye høyere enn i det subsoniske feltet og i det supersoniske feltet, er sivile fly designet for marsjfart nær den nedre grensen for det transoniske feltet (moderne sivile transportfly er sertifisert for hastighetsmaksimal mellom kl. Mach 0,8 og 0,9) eller høyere enn det som for supersoniske fly Concorde og Tupolev Tu-144 som hadde marsjfart over Mach 2.