为什么突然说这个,是因为刷小视频刷到了B17“空中堡垒”轰炸机,然后就很“自然”地联想到->P51野马战斗机->螺旋桨发动机->涡喷发动机->拉瓦尔喷管。
当气体流经一根横截面越来越细的管子时,气体的流速会增加
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图中的M称为“马赫数”,是气流流速与声音速度之比。
可是这样一根越来越细的管子无法将气流加速到超过音速。那怎么继续加速气体呢?如果再让管子变得越来越粗就可以使气流继续加速
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最终,超音速的气流从管口高速喷出,就可以推动安装了这种管子的飞机或者火箭前进,这种特殊形状(先变细后变粗)的喷管叫做“拉瓦尔(Laval)喷管”
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拉瓦尔喷管为什么能继续加速气流呢?看下面这个公式
其中A是管子的横截面积,M是马赫数,如果设定初始值为(A=3,M=1.01),再用数值法求上述微分方程,可以得到下面的图。可以看到在A扩大到10m²的地方,气流已经突破两倍音速了。
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这篇文章到这就基本结束了。
可能有的朋友好奇上面的公式怎么来的,所以我把推导过程也放在下面,有兴趣可以看看,推导过程我是看的下面这个up主
bilibili视频【解读俄罗斯院士的教学板书,火箭喷管的力学原理】
https://www.bilibili.com/video/BV1tF41117TV/?share_source=copy_web&vd_source=cca6a8ec67f159be13045ddaa1538b09
有流体的动量守恒
式中各项的物理意义就不多说了,考虑一维无外力的定常流动,有
又有声音速度公式
所以
又有流量守恒
联立上面两个式子得到
再代入马赫数的定义就得到了想要的公式
本文完。