Wat is het Machgetal en waarom is dat belangrijk voor een piloot?
Bijgewerkt za 13:14 · 1 bron
1 bron verwerkt
Het Machgetal is de verhouding tussen de ware luchtsnelheid van een vliegtuig en de geluidssnelheid onder dezelfde atmosferische omstandigheden; bij Mach 1,0 vliegt een toestel precies zo snel als het geluid1. De kritische Mach is de snelheid waarbij de luchtstroom over een deel van het vliegtuig, bijvoorbeeld boven op de vleugel, voor het eerst precies Mach 1,0 bereikt, zonder die te overschrijden1. Boven de kritische Mach ontstaan schokgolven die kunnen leiden tot Mach buffet, Mach tuck en extra weerstand; daarom is Mmo, de maximale Mach-bedrijfssnelheid, een harde operationele limiet1.
Het antwoord in 6 onderdelen
Het Machgetal is de verhouding tussen de ware luchtsnelheid van een vliegtuig en de geluidssnelheid onder dezelfde atmosferische omstandigheden; bij Mach 1,0 vliegt een toestel precies zo snel als het geluid1. De kritische Mach is de snelheid waarbij de luchtstroom over een deel van het vliegtuig, bijvoorbeeld boven op de vleugel, voor het eerst precies Mach 1,0 bereikt, zonder die te overschrijden1. Boven de kritische Mach ontstaan schokgolven die kunnen leiden tot Mach buffet, Mach tuck en extra weerstand; daarom is Mmo, de maximale Mach-bedrijfssnelheid, een harde operationele limiet1.
Volgens de FAA wordt op hoge snelheid en op grote hoogte de snelheid uitgedrukt als Machgetal: de verhouding tussen de ware luchtsnelheid van het vliegtuig en de geluidssnelheid in diezelfde luchtomstandigheden1. De FAA noemt Mach-snelheden onder 0,75 subsoon, van 0,75 tot 1,20 transoon, van 1,20 tot 5,00 supersoon en boven 5,00 hypersoon1. De geluidssnelheid hangt af van de temperatuur: op zeeniveau bij 15 graden Celsius is die volgens de FAA 661 knopen, terwijl die op 40.000 voet, bij min 55 graden Celsius, afneemt tot 574 knopen1. Doordat de vleugel de lucht over de bovenkant versnelt, kan de lokale luchtstroom al sonisch worden terwijl het vliegtuig zelf nog subsoon vliegt; op sommige momenten kan er dus tegelijk subsone en supersone luchtstroom over één vliegtuig bestaan1.
De FAA omschrijft de kritische Mach, ook wel Mach Crit genoemd, als de snelheid waarbij de luchtstroom over enig deel van het vliegtuig voor het eerst, maar niet meer dan, Mach 1,0 bereikt; dit is de grens tussen subsone en transone vlucht en hangt sterk af van het vleugel- en profielontwerp1. Boven de kritische Mach vormen zich schokgolven die loslating van de luchtstroom, buffet en problemen met de besturing kunnen veroorzaken; een straalvliegtuig is volgens de FAA doorgaans het zuinigst vlak bij zijn kritische Mach1. Vijf tot tien procent boven de kritische Mach beginnen volgens de FAA compressibiliteitseffecten op te treden en stijgt de weerstand sterk; dit punt heet drag divergence en gaat gepaard met buffet, trim- en stabiliteitsveranderingen1. Een vleugel met terugpijling verhoogt volgens de FAA de kritische Mach en de force-divergence Mach, en vertraagt daarmee het optreden van compressibiliteitseffecten, al stallen zulke vleugels eerder aan de tip dan aan de wortel1.
Vmo/Mmo is volgens de FAA de maximale operationele snelheidslimiet: Vmo wordt uitgedrukt in knopen gekalibreerde luchtsnelheid (KCAS), Mmo in Machgetal1. De Vmo-limiet geldt volgens de FAA vooral op lagere hoogte en gaat over structurele belasting en flutter; de Mmo-limiet geldt vooral op grotere hoogte en gaat over compressibiliteitseffecten en flutter1. Als voorbeeld noemt de FAA een vroeg civiel straalvliegtuig met een Vmo van 306 KCAS tot ongeveer FL310, waarbij een Mmo van 0,82 op FL310 ongeveer gelijk stond aan die 306 KCAS en op FL380 overeenkwam met 261 KCAS1.
Als het drukpunt van de vleugel door loslating van de luchtstroom naar achteren verschuift, ontstaat volgens de FAA een duikmoment dat 'Mach tuck' of 'tuck under' wordt genoemd1. De buffet die optreedt door loslating van de luchtstroom na schokgolfvorming heet volgens de FAA Mach buffet; die gaat gepaard met trim- en stabiliteitsveranderingen en minder effectieve besturing1. Mach buffet kan volgens de FAA ook bij lage snelheid optreden, bij een hoge invalshoek: grote hoogte, hoog gewicht en hoge G-belasting vergroten alle de invalshoek en daarmee de kans op dit lage-snelheids Mach buffet1. Op grote hoogte kunnen de laagste (stall) en hoogste (Mmo) veilige snelheid van een vliegtuig in Machgetal naar elkaar toe kruipen; de FAA noemt de situatie waarin een piloot dan niet meer kan vertragen zonder te stallen, noch kan versnellen zonder Mmo te overschrijden, de 'coffin corner'1.
Is een vast Machgetal ook een vaste snelheid in knopen?Nee: het Machgetal is de verhouding tussen de ware luchtsnelheid en de geluidssnelheid, en die laatste daalt met de temperatuur; hetzelfde Machgetal komt daardoor op grote hoogte overeen met een lagere ware luchtsnelheid dan op zeeniveau1.
Is kritische Mach hetzelfde als Mmo?De FAA onderscheidt kritische Mach, het punt waarop lokale luchtstroom voor het eerst Mach 1,0 bereikt, van Mmo, de door de fabrikant vastgestelde maximale bedrijfssnelheid in Machgetal; Mmo ligt in de praktijk hoger dan de kritische Mach1.