马赫环是如何形成的?环数越多战机越先进吗?

创业   2024-12-31 10:17   安徽  

在这届珠海航展上,歼-35A在划过天空时,喷出了一连串帅气的马赫环,虎啸龙吟,霸气侧漏。


那么,这样的马赫环是如何形成的?环数越多战机就越先进吗?



经常开飞机的朋友都知道,这个年头,如果你的飞机还不能喷马赫环,都不好意思发朋友圈。


然而如果你想选购一架飞机,就是用来买菜、接孩子,就不要追求那么强的推背感了。


出现马赫环,也并不代表飞机此时就在超音速。


发动机在地面试车的时候也会出现马赫环。



为了不让你被销售忽悠,我就用小学二年级的知识来解释一下马赫环是如何形成的?


我们都知道,战机的尾喷管能喷出高温高压的燃气,飞机靠着反作用力实现超音速飞行。



这个尾喷管很关键,叫“拉瓦尔喷管”,它看上去就像一个中间被挤压的管道。


当燃气经过时,先收敛再扩张,就能把燃气能从亚音速加速到超音速。



想要出现马赫环的条件之一,就是飞机喷出的尾流必须要达到超音速。


注意这是尾气流速,而不是飞机本身,飞机在地面上也能喷出马赫环。


好了,重点来了。


当这些超音速气流被喷出时,会与外界空气形成压力差,这是形成马赫环的条件之二。



当然也可能出现两者压力相等的情况,这时候就不会出现马赫环,但碰巧的事情并不总会发生。


在有压力差的情况下,如果第一波喷流的静压高于环境气压,就会直接膨胀,产生膨胀波。


而随着喷流压力的降低,又会受到周围空气的压缩,产生压缩波。


之后,喷流压力就会这样反复膨胀、收缩,周而复始,一直到内外压力相等为止。



在这个膨胀与压缩的过程中,所产生的膨胀波与压缩波会还会发生干涉,形成驻波。


驻波,就是驻扎不动的波,它是由两个频率相同、振幅相等、方向相反的波在同一介质中叠加而成的波形。


它不像普通波那样前进,而是某些点始终静止,其他点以固定的方式振动,看上去像是波纹被“定格”在原地。



当在水中发射子弹时,子弹穿过水体所形成的轨迹,这一串串空泡是不是很像马赫环?


但它并不是真正的驻波,而是空泡效应和冲击波的视觉叠加结果。



好了,说了这么多,就是为了让你明白,马赫环其实就是一种波。


而如果仅仅是一种波,还不足以让你看见。


当飞机开了加力后,从尾喷管出来的还有一些燃烧不完全的燃油。


当这些燃油经过马赫环时,会被再次压缩升温,点燃后,就成了发光的马赫盘。



从理论上来说,如果尾流的膨胀收缩动作一直持续下去,就会产生无数个马赫环。


只是越往后越小,越往后越弱。


如果说的更形象一点,这个往复过程和蹦极有点像,绳子的拉力与人体重量一直在较劲,最后当两种力达到平衡时,你就挂在那不动了。



那么,马赫环的出现跟发动机性能的好坏,有没有关系?


理论上说,没有直接关系。


因为想要出现马赫环,只要满足两个条件,超音速气体和压力差。


就算发动机一般般,也能整出马赫环。



特别是半个世纪前的涡喷,相比涡扇还更容易搞出马赫环,毕竟喷气速度更快嘛。


但涡喷的效率低、油耗高,早已被时代抛弃的明明白白。


至于说,马赫环的数量越多,战机性能就越先进,就更不靠谱了。


你能数出多少个马赫环,和当时的光照条件、气温、湿度以及飞行高度、燃烧情况等都有关系。



虽然说马赫环不能当作判断战机性能的指标,但它是颜值担当。


在火箭发射时,也会出现马赫环,通常这一场景都会被摄影师抓拍到。



为了能近距离去观察马赫环,国外就有小伙手搓了一个喷管,它所喷出的马赫环一点也不逊色于飞机火箭,而且还能烤香肠。



所以你看,马赫环也没啥特殊的,它并不影响你对战机的选购。




 


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