飞机马赫环咋来的，对发动机来说意味着什么

飞机马赫环咋来的，对发动机来说意味着什么

引用

网易

1.

https://www.163.com/dy/article/JJFKNTTA05564850.html

今年正式亮相的中国第二款五代机歼35，不但装备了国产发动机，在天上还喷出来一串漂亮的马赫环，引起一阵骚动。

马赫环的科学原理

马赫环是气体从管道中快速喷出时产生的现象，其形成需要满足以下条件：

1. 气体速度：喷出的气体速度至少要达到音速，最好是超音速。
2. 压力差异：喷出气体的压力与环境压力不相等，可以是高于或低于环境压力。
3. 可燃物存在：喷出的气体中含有可燃物，如未完全燃烧的燃油。

当喷出的高速气体压力大于环境压力时，它会向外膨胀并产生膨胀波。由于气体的惯性，这种膨胀可能会过度，导致压力降至环境压力以下。此时，气体开始被周围空气压缩，产生压缩波。膨胀波和压缩波的叠加形成了驻波，即我们看到的马赫环。

马赫环的视觉现象

马赫环之所以能被肉眼观察到，主要是因为喷出的气体中含有未完全燃烧的燃油。当这些燃油经过马赫环时，会被再次压缩和升温，从而点燃并发出亮光。这种现象在飞机开启加力燃烧室时尤为明显，因为此时尾喷管会额外喷射燃油以增加推力。

马赫环与发动机性能的关系

马赫环的出现并不直接反映发动机的性能好坏。事实上，任何能够产生超音速气流的喷管都有可能产生马赫环。例如，早期的涡轮喷气发动机（涡喷）相比现代涡扇发动机更容易产生马赫环，因为涡喷发动机的喷气速度更快。

实际应用与案例

• X-1试验机：作为人类第一架超音速飞机，X-1使用火箭发动机时就产生了马赫环。由于火箭发动机的燃烧效率较低，更容易产生可见的马赫环。
• 歼35：装备国产发动机的歼35在飞行中产生的马赫环，展示了其发动机的高性能。
• CFD模拟：通过计算流体力学（CFD）软件，可以直观地模拟和观察马赫环的形成过程。

对发动机设计的启示

虽然马赫环本身并不直接反映发动机性能，但其出现提示了发动机设计中的一些关键因素，如喷管设计、燃烧效率和燃料管理。对于军用和民用发动机来说，提高可靠性和延长使用寿命是持续追求的目标。

结语

马赫环作为航空工程中的一个有趣现象，不仅展示了流体力学的奇妙，也反映了发动机设计的复杂性。通过理解马赫环的形成原理，我们可以更好地欣赏航空科技的魅力。