圧縮性とマッハ数

圧縮性とは

圧縮性(Compressibility)とは、流体が外部からの圧力や温度変化によって流体が圧縮・膨張する性質のことです。

上の図のように、シリンダーの中に空気を入れてピストンで力を加えると、流体は圧縮され体積が小さくなります。容器は密閉されており質量は変わらないので、流体の密度は大きくなります。

このように圧縮性のある流体では密度変化を考慮する必要があります。

音速とマッハ数

空気の圧力変化(密度変化)は音として伝わり、その伝わる速さを音速といいます。

圧縮性の度合いを見る指標として、空気力学では物体の速度(または空気の流れの速度)を音速で割ったマッハ数をよく使用します。

\(M=\displaystyle \frac{V}{a} \tag{1}\)

\(M\) マッハ数 [−]
\(V\) 物体の速度または空気の速度 [m/s]
\(a\) 空気の音速 [m/s]

(参考:航空力学の基礎(第2版), P.12 (2.1)式)

一般的な旅客機はマッハ数0.8程度で巡航します。旅客機の飛行速度は音に近いスピードで空気も相当圧縮されている環境といえます。

まとめ

  • 圧縮性とは、流体が外部からの圧力や温度変化によって流体が圧縮・膨張する性質のこと。
  • 流体の圧縮・膨張は音速で伝播する。
  • 圧縮性の度合いを表す指標としてマッハ数がある。
参考資料
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ABOUTこの記事をかいた人

1985年9月生まれ。大阪出身。息子と娘の2児の父。
東北大学大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 修士課程修了。
学生時代は数値流体力学を用いた航空機の空力設計の研究に従事。
卒業後は航空機製造メーカーにて旅客機の設計を担当。