Numero di Mach

E’ assai frequente, oltre che di estrema utilità, nell’analisi del moto alle elevate velocità, assumere come grandezza di riferimento la velocità del suono. Così facendo la velocità del corpo in moto viene valutata assumendo come unità di misura la velocità del suono; in tal modo ci si svincola dal sistema di riferimento in quanto la velocità stessa è espressa in termini adimensionali.

Il numero che esprime la velocità della corrente in un punto, valutato rispetto alla velocità del suono nello stesso punto, si chiama numero di Mach ed è espresso dal rapporto:

8.4 

Nel caso del velivolo il numero di Mach esprime il rapporto tra la velocità dello stesso e quella del suono nel mezzo in cui avviene il moto, cioè della quota di volo. Con riferimento al numero di Mach il moto può essere così distinto:

subsonico incompressibile, se  (=Mach critico inferiore);

subsonico compressibile, se  ;

sonico (compressibile), se  ;

transonico (compressibile), se  (=Mach critico superiore);

supersonico (compressibile), se  ;

ipersonico (compressibile), se  .

Il numero di Mach ha in aerodinamica un significato fisico di estrema importanza, in quanto esprime il comportamento del fluido, in cui si muove un corpo, dal punto di vista della compressibilità. E’ noto che l’aria, essendo un aeriforme,  è comprimibile o compressibile (se soggetta ad un aumento di pressione si riduce il volume occupato); esistono, però, condizioni di moto alle quali essa si comporta da incomprimibile o incompressibile. Ciò dipende dal comportamento delle perturbazioni di pressione prodotte dal corpo, l’aereo nel caso specifico, in moto. Se la velocità del corpo è bassa (inferiore a quella del suono) le perturbazioni di pressione, che viaggiano alla velocità del suono, si diffondono in tutte le direzioni; intorno al corpo la pressione rimane praticamente inalterata. Il comportamento dell’aria in questo caso è definito incompressibile. Quando il corpo viaggia, invece, a velocità superiore a quella del suono le variazioni di pressione prodotte restano localizzate o confinate in uno spazio ristretto intorno al corpo; ciò provoca un aumento di pressione sul corpo stesso (talvolta anche notevole) con conseguente aumento delle sollecitazioni del materiale. E’ questo il caso di comportamento dell’aria da compressibile.

In base allo schema precedente del regime di moto in funzione del numero di Mach, si comprende che la compressibilità può essere trascurata (e con essa l’aumento di sollecitazioni sul corpo) fino al numero di Mach critico inferiore, oltre il trascurarla può comportare il cedimento strutturale del velivolo.

Si ricorda che:

il numero di Mach critico inferiore è il numero di Mach di volo in corrispondenza del quale per la prima volta sulla superficie del velivolo si raggiunge Mach=1;

il numero di Mach critico superiore è il numero di Mach di volo in corrispondenza del quale per l’ultima volta sulla superficie del velivolo si raggiunge Mach=1.