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🛠️ 普朗特-邁耶膨脹計算器

專業免費的 普朗特-邁耶膨脹計算器。純前端本機毫秒級計算、零資料上傳、極致隱私保護。提供詳細公式推導、實例示範與常見問答。

即時推算結果 (Computed Output)
26.3798 度
專業公認計算模型,即時運算完畢
📜 計算歷史記錄 (試算軌跡)
尚無歷史記錄,每次點擊「計算」將在此留下試算軌跡...

什麼是普朗特-邁耶膨脹函數?

普朗特-邁耶函數 \nu(M) 描述超音速氣流繞過凸角、進行等熵膨脹(無損耗)時所偏轉的角度。當氣流從馬赫 1 加速到更高的馬赫數 M 時,會通過一道膨脹扇而轉向,而此函數正好給出這段加速過程所累積的偏轉角。它是可壓縮氣體動力學的基石之一,廣泛應用於噴嘴設計、超音速翼型以及特徵線法(method of characteristics)的求解。

如何使用本計算器

請輸入馬赫數 M(必須大於或等於 1,因為此函數僅在超音速流中有定義)以及氣體的比熱比 \gamma。對於空氣,\gamma ≈ 1.4。按下計算後,即可得到以度數表示的 \nu(M)、相同數值的弧度值,以及馬赫角 \mu。若想求兩個馬赫數之間的氣流偏轉量,只需分別算出各自的 \nu 值再相減即可。

公式詳解

公式為

\nu(M) = √(((\gamma+1) ÷ (\gamma-1))) \arctan\!\sqrt{((M^{2}-1) ÷ (((\gamma+1) ÷ (\gamma-1))))} - \arctan\!\sqrt{M^{2}-1}
第一個 arctan 項以氣體性質因子放大旋轉量,第二項則扣除幾何上的馬赫波貢獻。計算結果以弧度為單位,本工具會再乘上 180/π 換算為度數。當 M=1 時 \nu=0;此函數隨馬赫數單調遞增,當 M\to\infty 時,對 \gamma=1.4 而言會趨近約 130.45° 的極大值。

範例計算

以 M = 2.0、\gamma = 1.4 為例:M^{2}-1 = 3,比值 = (2.4)/(0.4) = 6。第一項 = √(6) · \arctan(√(3/6)) = 2.4495 · \arctan(0.7071) = 2.4495 · 0.61548 = 1.50762 弧度。第二項 = \arctan(√(3)) = \arctan(1.7321) = 1.04720 弧度。\nu = 1.50762 - 1.04720 = 0.46042 弧度 = 26.380°。馬赫角 \mu = \arcsin(0.5) = 30°。

使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)

📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位

輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。

🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障

所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。

📊 3. 符合公認學術與產業計算模型

演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。

📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出

支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。

🔄 5. 多情景敏感度動態對比

建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。

🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明

本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。

常見問題 (FAQ)

為什麼 M 至少要等於 1?
膨脹扇與 \(\sqrt{M^{2}-1}\) 項只存在於超音速流中。當 \(M\) 小於 1 時,此函數沒有定義。
最大偏轉角是多少?
對於空氣(\(\gamma=1.4\)),當 \(M\to\infty\) 時極限為 \(\nu_{max} = (\sqrt{6} - 1)\cdot 90° \approx 130.45°\),也就是氣流在理論上膨脹至真空時所能轉向的最大角度。
已知偏轉角,如何求下游馬赫數?
將偏轉角加到上游的 \(\nu\) 值上,再以數值方法反推此函數,即可得到新的 \(M\)。