战斗机的马赫环是如何产生的?

科技   2024-12-06 15:19   辽宁  






什么是马赫环



    战斗机或者火箭在空中告诉飞行时候,会有一个有趣的现象。它们的尾部气流会闪烁一些等间距排列的圆环,这就是马赫环。

    马赫环是以第一个解释其成因的物理学家恩斯特·马赫命名的,它是火箭发动机、超音速燃烧冲压发动机等在大气层中工作时,尾部喷出的明亮耀眼、钻石型激波。


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马赫环形成的原理

    马赫环的形成原因细说起来有些复杂,但基本可以理解为因尾焰喷流内复杂超音速流场,于是在激波作用下,局部喷流的密度和压力产生了规律突变所致。


    当发动机超音速喷流离开尾喷管后,由于喷流静压小于环境气压,所以喷流会略微膨胀,喷流压力则随着气体压力而降低。当喷流压力降低到低于环境气压时就会受到周围大气的压缩收拢,使压力再度变高。于是喷流压力就这样反复震荡变化,自动重复这膨胀与压缩循环,直到最后喷流压力与环境气压完全相同为止。


    在这个膨胀与压缩过程中,超音速喷流内会产生一系列复杂的斜激波和正激波,以及普朗特-迈耶膨胀波和普朗特-迈耶压缩波。这一系列复杂激波会导致喷流在膨胀和压缩段交界处温度急剧升高,高到足以再次点燃喷流中任何残存燃料,使其燃烧发光。正式这些燃烧着的剩余燃料,形成了一节一节的菱形火焰图案,使马赫环在喷流中闪闪发光。


 一言以蔽之:马赫环是超音速气流内压缩波和膨胀波相互干涉形成的驻波。






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提问:马赫环的产生要素有哪些?

    答:超音速气流、气流压力不等于环境压力

解析:前者满足冲击波出现的条件;而后者能使气流发生变化,进而产生不同的波。








    最后,希望这次科普能够让大家初步了解马赫环这个美丽的物理现象,也祝愿中国航天事业越来越好!







参考资料丨百度百科

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