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  • 1 # 使用者5180720438130

    音速不是一個固定的值。 在乾燥空氣中,音速的經驗公式是:

    音速 u=331.3+(0.606c)m/s (c=攝氏氣溫)

    常溫下(15℃),音速為 u=331.3+(0.606x15)= 340.4m/s,這就是為什麼都說音速是 340m/s (1225km/h)的緣故.。潮溼空氣的音速略有增加,但是幅度不到0.5%,大多數場合可以忽略不計。對於華氏氣溫,可以用公式換算: F=9C/5+32(C=攝氏氣溫)。

    國際標準大氣ISA規定: 在對流層中(0~11000m),海平面的氣溫為 15℃,氣壓 Pa,空氣密度1.226kg/?,海拔每升高1000m,氣溫下降 6.5℃。

    利用上面的公式計算不同海拔的氣溫,再綜合前面的音速經驗公式,就可以推算不同海拔的音速了。

    在11000~20000m的高空(屬平流層,氣溫基本沒有變化,所以又叫"同溫層"),溫度下降到零下57℃(15-11x6.5= -56.5℃),這裡的音速是 u= 331.3+[0.606x(-57)]= 296.7m/s (約1068km/h)。 噴氣式飛機都喜歡在 1萬米左右的高空巡航,因為這裡是平流層的底部,可以避開對流層因對流活動而產生的氣流。在11000~20000m的同溫層內,音速的標準值是1062km/h,而且基本穩定。

    噴氣式飛機都用馬赫數Ma來表示速度,而不用對地速度。這是因為物體在空氣中飛行時,前端會壓縮空氣形成波動,這個波動是以音速傳播的(因為聲波也是波動的一種)。如果物體的飛行速度超過音速,那麼這些波動無法從前端傳播,而在物體前端堆積,壓力增大,最終形成激波。激波是超音速飛行的主要阻力源。

    物體飛行速度一旦超過音速,必然產生激波。激波會極大地增加飛行阻力,影響到整個飛行狀態以及燃料的消耗。在不同的空氣環境中,儘管飛行器的 Ma數相同,但他們的對地速度是不相等的; 不過,他們受到的阻力卻大致相當。所以,飛行器都是用當地的音速,來衡量當前速度的。

    聲速的一般公式

    一般來說,聲速c 通常與與介質的不可壓縮率與密度有關,利用連續介質力學及經典力學,可匯出下面的公式:

    其中B是不可壓縮率,ρ是密度。

    因此音速隨著介質的不可壓縮率增加而變快,隨著介質的密度增加而變慢。對於一般的狀態方程,在經典力學適用範圍內,聲速c 可表示成

    此處偏微分針對絕熱變化。

    對於遠離液態工作點的理想氣體,

    式中: K為定壓比熱與定容比熱之比,雙原子氣體(包括空氣)K=1.4,R為氣體常數,空氣為0.287KJ/(Kg·k) T為絕對溫度(K)。

    從聲源發出的聲波以一定的速度向周圍傳播,意味著聲波的能量也以一定的速度向周圍傳播。

    0~80,000m聲速分佈參考

    聲波能夠在所有物質(除了真空以外)中傳播。其傳播速度由傳聲介質的某些物理性質,主要是力學性質所決定。例如,音速與介質的密度和彈性性質有關,因此也隨介質的溫度、壓強等狀態參量而改變。氣體中音速每秒約數百米,隨溫度升高而增大,0℃時空氣中音速為331.4米/秒,15℃時為340米/秒,溫度每升高1℃,音速約增加0.6米/秒。通常,固體介質中音速最大,液體介質中的音速較小,氣體介質中的音速最小。另外,不均勻介質中的音速處處不等。各向異性介質中的音速隨傳播方向而異。

    在有些情況下音速還與聲波本身的振幅、頻率、振動方式(縱波聲速、橫波聲速等)有關。如果傳播介質的尺寸不夠大,則其邊界對音速也有影響。因此為了使音速的量值確切地表徵傳聲介質的聲學特徵,不受其幾何形狀的影響,一般須規定傳聲介質的尺寸足夠大(理論上為無限大)情況下的聲波傳播速度。有時為了實用上的方便,也列出某些特殊情況下的音速,如固體細棒中的音速。

    如果因為大氣中溫度和風速的分佈不均勻,而使合成聲速隨高度遞減。

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