為什麼戰機的發動機噴口的火焰看起來是一段一段的?

斌格謙

這是發動機加力時尾噴口噴出的超音速火焰形成的“馬赫環”現象,英文叫做Shock diamond,所以也被稱為鑽石型激波。馬赫環形成於發動機噴流內的複雜超音速流場中,是激波導致噴流局部的密度和壓力產生突變所致。馬赫環以第一個解釋其成因的物理學家恩斯特·馬赫命名。

當噴流離開尾噴管後,由於噴流靜壓小於環境氣壓,所以噴流會略微膨脹。而噴流膨脹,壓力也就相應降低,當低於環境氣壓時就會被周圍大氣壓縮收攏,氣壓再度變高。隨著時間的推移,噴流的壓縮和膨脹過程會自行重複,直到噴流壓力變得與環境大氣壓力相同。

如果噴流是超音速的,那麼在上述膨脹與壓縮過程中,噴流內就會產生一系列複雜的斜激波和正激波、普朗特-邁耶膨脹波和普朗特-邁耶壓縮波。這些複雜的激波會導致噴流膨脹和壓縮的交界處的溫度急劇升高,足以點燃噴流中任何殘存的過量燃料,使其燃燒發光。於是這些燃燒的燃料,讓馬赫壞在噴流中閃閃發光,形成一節一節的漂亮圖案。

除了戰鬥機發動機開啟加力之外,在大氣層內工作的火箭發動機、衝壓發動機或超音速燃燒衝壓發動機都會產生馬赫環。在外太空工作的火箭發動機則無法看到馬赫環,因為這裡沒有氧氣,無法點燃噴流中的剩餘燃料。

所以馬赫環形成的三要素:超音速噴流、噴流中的剩餘燃料、大氣層內。


飛豹科普秀

不同的噴氣發動機,噴出來的尾焰也各不相同。

您看到的戰機噴出來一段一段的那種,可能是離子脈衝發動機,可以為戰機提供強大的持續不斷的推力,以達到超高音速飛行的目的。


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