Traffic patterns-SPEED en MACH

Mach 1 = 661.32 knopen in standaardatmosfeer op zeeniveau.

Het Mach getal (M) verwijst naar de methode om snelheid te meten zoals die ontwikkelt is door de Oostenrijkse natuurkundige Ernst Mach. Het getal wordt gebruikt om zeer hoge vliegsnelheden mee aan te duiden en is gerelateerd aan de geluidsnelheid. De ware geluidsnelheid is variabel en afhankelijk van de hoogte boven zeeniveau, omdat het geluid zich langzamer of sneller voortbeweegt bij verschillende temperaturen. En de temperatuur varieert weer afhankelijk van de hoogte. Op zeeniveau is de geluidsnelheid ca. 1225 km/uur. Op 20.000 voet is de geluidsnelheid 1062 km/uur.

Als een vliegtuig op halve geluidsnelheid voortbeweegt, gaat het Mach 0.5. Een snelheid van Mach 2 is twee maal de geluidsnelheid. Omdat de geluidsnelheid varieert, is een bepaalde snelheid op zeeniveau uitgedrukt in Mach sneller dan dezelfde snelheid op 40.000 voet. In andere woorden, Mach 2 op zeeniveau is sneller dan Mach 2 op 30.000 voet, wat weer sneller is dan Mach 2 op 40.000 voet. Als een vliegtuig Mach 1 bereikt, gaat het “door de geluidsbarrière”.
Verkeersvliegtuigen vliegen in de klim IAS en halverwege de klim Mach getallen. Het kruist ook op Mach getallen en halverwege de daling gaat men weer over op IAS. Een Boeing 737 Next Generation vliegt (afhankelijk van hoogte) gemiddeld Mach 0.8.

Een “kritisch Mach getal” is de snelheid van een vliegtuig (onder Mach 1) als de lucht die over een deel van het profiel gaat de geluidsnelheid heeft bereikt. Bijv. als de lucht over een vleugelprofiel Mach 1 bereikt, terwijl de vleugel zich slechts op Mach 0.8 voortbeweegt, is het kritische Mach getal van de vleugel 0.8.

Men spreekt over het “doorbreken” van de geluidsbarrière. Dat komt omdat er een knal te horen is als een vliegtuig met (meer dan ) Mach 1.0 voorbijvliegt. Echter als een F16 bijvoorbeeld van van Volkel naar Woensdrecht vliegt met (meer dan) Mach 1.0, dan zullen alle mensen langs het traject een knal horen. Bijvoorbeeld in Breda en Etten Leur.
De knal is afkomstig van ‘samengeperst geluid’ dat de F16 gedurende de vlucht boven Mach 1.0 met zich meesleurt. Dit is de zogenaamde shock-wave. Op de foto is de achterkant van de shockwave te zien.

Door sterke expansie van de lucht bij de knal, condenseert het vocht in de lucht.
Aan de hand van de hoek van de shock-wave t.o.v. de vleugels kan worden berekend wat het mach-getal is waarmee wordt gevlogen. Is de hoek loodrecht op de vleugels, dan is het machgetal 1.0. Is de hoek tussen vleugel en shock-wave 30 graden (naar achteren) dan wordt met mach 2.0 gevlogen. Eigenlijk is de shockwave een extreme vorm van het doppler-effect.

source: airwork.nl