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飞机发动机喷出的火焰为什么是一环一环的火焰(飞机发动机为啥有火)

导语:飞机发动机喷出的火焰,为什么是一环一环的?你知道原理吗?

观察战斗机在空中高速飞行时的照片,就会发现一个有趣的现象,它们的尾部气流中总是闪烁着一些等间距排列的圆环,这其实就是“马赫环”。那么,是不是所有飞机都会出现马赫环?马赫环又是怎样形成的呢?

首先,并不是所有飞机的后面都能看到马赫环。它的出现必须满足两个条件:一、流体达到超音速;二、超音速流体内的压力与环境压力不同。并且只有在足够高的温度下,我们才能肉眼看见。

形成马赫环的条件

在超音速飞机的发动机尾部,有一个“拉瓦尔喷管”。它的整体形状先收敛再扩张,气体在经过收敛段时,会从亚音速加速到音速,从最窄处再到扩张段,会直接加速到超音速。这时,在喷嘴处,如果流体内的压力与外界不同,那么,就能看到美丽的马赫环了。

拉瓦尔喷管

流体在喷管中的速度变化

喷嘴处流体的压力与环境压力不同

第一种情况,喷气压力大于环境压力。此时的气流处于“欠膨胀”状态,因此,喷出后会立即膨胀,但是膨胀后压力减小,低于了环境压力,又会被压缩,等压力大于了环境压力,又开始膨胀,如此循环往复,就形成了连续的“马赫环”。

欠膨胀状态

第二种情况,喷气压力小于环境压力。这时,气流处于“过膨胀状态”,喷出后会形成一道激波,并被剧烈压缩。压缩后的气流压力一旦大于环境压力,就开始膨胀,接下来和第一种情况相同,重复着压缩膨胀的过程,直到排气压力最终与环境压力相同,马赫环的循环也就到达了终点。

过膨胀状态

其实综合来看,可以将气流的膨胀和压缩过程看作两个波:一个膨胀波和一个压缩波。它们叠加在一起时,就形成了我们看到的“驻波”。这种现象其实在水中也能看到,水下发射的子弹能产生好几个连续的空腔,它们看起来一节一节的,就像一根莲藕一样。

可乐瓶口出现的马赫环

水下射击出现的马赫环

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