Inhaltsverzeichnis |
Jeder von uns kennt sie, jeder von uns nutzt sie – die Mach Geschwindigkeit.
Doch was sagt diese Mach Nummer aus, wofür nutzt man sie und warum ist sie so wichtig?
Ganz salopp gesagt, die Mach Geschwindigkeit ist das Verhältnis zwischen True Airspeed (TAS) und der lokalen Schallgeschwindigkeit (local speed of sound – LSS). Dabei wird Mach immer mit einer Zahl angegeben. Z.B. Mach 1, welche Überschallgeschwindigkeit symbolisiert.
Die lokale Schallgeschwindigkeit wird mit der Höhe immer kleiner. Bekanntlich wird es je höher man kommt immer kälter und dadurch rücken die Lufmoleküle näher zusammen, was bewirkt, dass der Schall nicht so viel Platz hat, sich auszubreiten.
Formeln:
Zum Verhältnis: Die Concord flog durchschnittlich mit Mach 2 um die Welt. Der schnellste Privatjet der Welt, die Cessna Citation X, schafft gerade so Mach 0.92. Ein herkömmliches Turbojet Flugzeug schafft ungefähr M 0.80
Es gibt viele verschiedene Geschwindigkeitstypen und auch mehrere Einheiten:
Knoten (kts): Ein Knoten ist dabei wohl die bekannteste Einheit. Ein Knoten ist gleich 1 NM pro Stunde (1NM/h). Knoten ist die Einheit, welche man auf dem Fahrtmesser ablesen kann. Ungefähr genauso gängig wie beim Auto die Kilometer pro Stunde (KM/h). Weit vor der Luftfahrt wurde diese Einheit eins Mal in der Seefahrt benutzt – hat sich bei uns aber auch durchgesetzt.
Die Machgeschwindigkeit ist aber die Geschwindigkeit des Flugzeuges im Vergleich zur lokalen Schallgeschwindigkeit (LSS).
Die Machgeschwindigkeit wird mit dem sogenannten Machmeter gemessen.
Die Überschallgeschwindigkeit wird normalerweise noch einmal weiter unterteilt. So redet man beispielsweise von „subsonic“, „transonic“ und „supersonic“. „Subsonic“ bedeutet, alles unterhalb von Schallgeschwindigkeit. „Transonic“ ist der Übergang zwischen subsonic und supersonic und ist meistens genau die Grenze – Mach 1! Siehe Bild:
Flugzeuge sind in ihrer Geschwindigkeit limitiert! In geringeren Höhen spricht man von der VMO und in höheren Lagen von MMO. Beide Geschwindigkeiten sind als „maximum operating limit“ definiert. Dementsprechend sind beide nicht zu überschreiten!
Ab einer gewissen Höhe macht es keinen Sinn mehr, die Geschwindigkeit von Flugzeugen mittels der TAS zu vergleichen. Das liegt daran, dass die Luftdichte abnimmt und die True Airspeed mit der Höhe immer weiter zunimmt (~2% pro 1000ft). Da die lokale Schallgeschwindigkeit ebenfalls mit zunehmender Höhe abnimmt, verringert sich die Distanz zwischen True Airspeed und einer Mach Zahl.
Dementsprechend erreicht ein Flugzeug im Steigflug relativ schnell seine limitierende Geschwindigkeit MMO.
Die Höhe, in der man von Knoten auf Mach wechselt, nennt man „Crossover altitude“. Diese Höhe ist aber nicht fix! In den allermeisten Fällen befindet sich diese Crossover altitude allerdings zwischen FL270-FL300.
Das Thema Gefahren ist bei hohen Geschwindigkeiten nicht zu vernachlässigen. Klingt zwar komisch, aber mit zu hoher Geschwindigkeit kann ein Flügel einen Strömungsabriss widerfahren.
Die Gefahr des Strömungsabrisses oder „Stall“ ist besonders hoch, wenn man sich an seinem oberen Geschwindigkeitslimit befindet - MMO.
Über der sogenannten kritischen Mach-Zahl (MCrit) sind Teile des Flügelprofils bereits im Überschallbereich (> Mach 1). Aufgrund von verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten um das Flugzeug herum, befindet sich nicht jedes Bauteil im Überschallbereich. Da die Strömungsgeschwindigkeit an der Oberseite des Tragflächenprofils bekanntlich höher ist als die Fluggeschwindigkeit, treten Gebiete mit Überschallströmung zuerst meist an der Oberseite der Tragfläche auf. Ganz egal, ob das Flugzeug langsamer als Mach 1.0 fliegt. Dieses Phänomen wiederum erzeugt eine schwache Schockwelle.
Flugzeuge, welche nicht für den Überschallflug konzipiert sind, werden ab hier große Probleme bekommen. Der totale Widerstand erhöht sich und im schlimmsten Fall löst sich der Luftstrom vom Tragflächenprofil und der Flügel „stallt“.
Kompendium