在航空领域中，为什么用马赫数而不是x倍音速来表示速度？
航空领域中，我们习惯用马赫数来描述飞行器的速度，而不是直接说“多少倍音速”。这背后有几个关键原因，涉及到了科学的精确性、实际应用的便利性以及历史发展的沿革。
首先，我们需要理解什么是马赫数。简单来说，马赫数（Mach number）是一个无量纲的量，它表示的是一个物体在介质（通常是空气）中运动的速度与该介质中声速之比。数学上表示为：
马赫数 (M) = 飞行器速度 (V) / 声速 (a)
这里的关键在于“声速”。声速并不是一个固定不变的常数，它受到介质温度的影响非常大。在标准大气压下，空气的温度越高，声速就越快；反之，温度越低，声速就越慢。
为什么不直接说“多少倍音速”？
想象一下，如果我们说一架飞机飞了“2倍音速”。这句话听起来似乎很直接，但它其实隐藏了一个重要的信息缺失：在什么条件下是2倍音速？
精确性问题： 如果我们不指定空气温度，那么“2倍音速”这个说法就没有明确的意义。在海平面高度，一个速度可能是2倍音速，但在高空，同样的绝对速度可能就不是2倍音速了，因为那里的空气温度低得多，声速也慢。用马赫数就可以避免这种歧义。例如，无论是在炎热的沙漠上空飞行，还是在寒冷的极地上空飞行，当马赫数为1时，它精确地表示该飞行器的速度等于当时当地空气中的声速。
工程设计的便利性： 在航空工程设计中，飞行器的性能，比如空气动力学特性（如阻力、升力）、发动机推力需求、结构载荷等等，都与来流的相对速度密切相关，而不是绝对速度。而马赫数恰恰能够很好地反映这种相对速度。
空气动力学效应： 当物体以亚音速（M < 1）运动时，空气流动特性相对稳定。但当速度接近或超过音速（M ≈ 1）时，空气开始出现显著的可压缩性效应，产生激波，导致阻力急剧增加（这就是所谓的“音障”）。继续提高速度，进入超音速（M > 1），这些效应会更加明显。马赫数能够直接反映出飞行器是否进入了亚音速、跨音速、超音速或高超音速区域，这对于飞行控制和设计至关重要。工程师们会根据马赫数来设计翼型、发动机进气道等，因为这些部件在不同马赫数下的气动表现差异巨大。
发动机性能： 喷气发动机的性能也与空气流入的速度有关。例如，涡轮风扇发动机的进气道设计需要在不同的马赫数下都能有效地压缩空气。超音速飞机使用的冲压发动机，其工作原理更是直接依赖于高速气流。马赫数是描述这些工程参数的重要依据。
历史和国际标准： 恩斯特·马赫（Ernst Mach）是一位奥地利物理学家和哲学家，他在19世纪末对高速空气动力学进行了开创性的研究。为了纪念他的贡献，以及为了建立一个通用的科学术语，国际上普遍采用了“马赫数”来表示这个比值。科学研究和工程实践都需要统一的语言和标准，马赫数成为了这个领域的事实标准。
举个例子来进一步说明：
假设飞行器在以下两种情况下的绝对速度相同，都是 1000 公里/小时。
1. 情况一： 海平面附近，空气温度为 15°C。此时声速大约是 331 米/秒，也就是 1192 公里/小时。那么，飞行器的马赫数就是 1000 / 1192 ≈ 0.84 马赫。
2. 情况二： 高空 11000 米，空气温度为 56.5°C。此时声速大约是 295 米/秒，也就是 1062 公里/小时。那么，飞行器的马赫数就是 1000 / 1062 ≈ 0.94 马赫。
可以看到，虽然绝对速度相同，但由于空气温度不同，导致声速不同，飞行器的马赫数也不同。在第二种情况下的速度，相对于当时的声速来说，更接近音速。
总结一下，为什么用马赫数不用“x倍音速”：
精确与通用： 马赫数消除了声速随温度变化的歧义，提供了一个精确且普遍适用的速度度量。
工程意义： 马赫数直接反映了空气的可压缩性效应和空气动力学特性，对飞行器设计至关重要。
科学惯例： 这是科学界和工程界长期形成的、以纪念先驱者为名的标准术语。
所以，下次你听到“马赫数”时，就知道它不仅仅是一个数字，更是描述飞行器在空气中速度状态的一个非常重要的、同时也是非常科学和实用的指标。它让我们的描述更加精准，让工程师的设计更加高效，也让全球的航空领域能够用同一套语言进行交流。
首先，我们需要理解什么是马赫数。简单来说，马赫数（Mach number）是一个无量纲的量，它表示的是一个物体在介质（通常是空气）中运动的速度与该介质中声速之比。数学上表示为：
马赫数 (M) = 飞行器速度 (V) / 声速 (a)
这里的关键在于“声速”。声速并不是一个固定不变的常数，它受到介质温度的影响非常大。在标准大气压下，空气的温度越高，声速就越快；反之，温度越低，声速就越慢。
为什么不直接说“多少倍音速”？
想象一下，如果我们说一架飞机飞了“2倍音速”。这句话听起来似乎很直接，但它其实隐藏了一个重要的信息缺失：在什么条件下是2倍音速？
精确性问题： 如果我们不指定空气温度，那么“2倍音速”这个说法就没有明确的意义。在海平面高度，一个速度可能是2倍音速，但在高空，同样的绝对速度可能就不是2倍音速了，因为那里的空气温度低得多，声速也慢。用马赫数就可以避免这种歧义。例如，无论是在炎热的沙漠上空飞行，还是在寒冷的极地上空飞行，当马赫数为1时，它精确地表示该飞行器的速度等于当时当地空气中的声速。
工程设计的便利性： 在航空工程设计中，飞行器的性能，比如空气动力学特性（如阻力、升力）、发动机推力需求、结构载荷等等，都与来流的相对速度密切相关，而不是绝对速度。而马赫数恰恰能够很好地反映这种相对速度。
空气动力学效应： 当物体以亚音速（M < 1）运动时，空气流动特性相对稳定。但当速度接近或超过音速（M ≈ 1）时，空气开始出现显著的可压缩性效应，产生激波，导致阻力急剧增加（这就是所谓的“音障”）。继续提高速度，进入超音速（M > 1），这些效应会更加明显。马赫数能够直接反映出飞行器是否进入了亚音速、跨音速、超音速或高超音速区域，这对于飞行控制和设计至关重要。工程师们会根据马赫数来设计翼型、发动机进气道等，因为这些部件在不同马赫数下的气动表现差异巨大。
发动机性能： 喷气发动机的性能也与空气流入的速度有关。例如，涡轮风扇发动机的进气道设计需要在不同的马赫数下都能有效地压缩空气。超音速飞机使用的冲压发动机，其工作原理更是直接依赖于高速气流。马赫数是描述这些工程参数的重要依据。
历史和国际标准： 恩斯特·马赫（Ernst Mach）是一位奥地利物理学家和哲学家，他在19世纪末对高速空气动力学进行了开创性的研究。为了纪念他的贡献，以及为了建立一个通用的科学术语，国际上普遍采用了“马赫数”来表示这个比值。科学研究和工程实践都需要统一的语言和标准，马赫数成为了这个领域的事实标准。
举个例子来进一步说明：
假设飞行器在以下两种情况下的绝对速度相同，都是 1000 公里/小时。
1. 情况一： 海平面附近，空气温度为 15°C。此时声速大约是 331 米/秒，也就是 1192 公里/小时。那么，飞行器的马赫数就是 1000 / 1192 ≈ 0.84 马赫。
2. 情况二： 高空 11000 米，空气温度为 56.5°C。此时声速大约是 295 米/秒，也就是 1062 公里/小时。那么，飞行器的马赫数就是 1000 / 1062 ≈ 0.94 马赫。
可以看到，虽然绝对速度相同，但由于空气温度不同，导致声速不同，飞行器的马赫数也不同。在第二种情况下的速度，相对于当时的声速来说，更接近音速。
总结一下，为什么用马赫数不用“x倍音速”：
精确与通用： 马赫数消除了声速随温度变化的歧义，提供了一个精确且普遍适用的速度度量。
工程意义： 马赫数直接反映了空气的可压缩性效应和空气动力学特性，对飞行器设计至关重要。
科学惯例： 这是科学界和工程界长期形成的、以纪念先驱者为名的标准术语。
所以，下次你听到“马赫数”时，就知道它不仅仅是一个数字，更是描述飞行器在空气中速度状态的一个非常重要的、同时也是非常科学和实用的指标。它让我们的描述更加精准，让工程师的设计更加高效，也让全球的航空领域能够用同一套语言进行交流。
网友意见
tl;dr:马赫数是无量纲数，物理学中其意义不能等同于对应的速度，而航空领域沿用了物理学的规范
因为机组和自动驾驶系统所需要的“速度”，除了领航计算时以外，通常不是为了形容飞机在单位时间中能飞多远，而是为了反映飞机当前状态的受力情况从而评估飞机性能
在低空低速飞行中主要参考指示空速而非真空速，是因为指示空速相比真空速能更直接表征飞机受到的空气动力
而在高空高亚音速/超音速飞行中，空气的可压缩性对机翼的空气动力学特性影响变得不可忽略，空速此时已经不能准确反映空气动力，而表征流体可压缩性的马赫数此时更具有参考意义；所以以马赫数评估飞机性能并非只是“换一个单位说速度”，更多的还是因为其本身的特殊意义
而流体力学的定义中马赫数是无量纲数，是【速度和声速的比值】而非【以声速为单位的速度】，因此航空领域也沿用了这一写法
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