战斗机的马赫环是如何产生的？

战斗机的马赫环是如何产生的？

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什么是马赫环

战斗机或者火箭在空中高速飞行时，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。

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。

马赫环的产生要素

• 超音速气流：满足冲击波出现的条件
• 气流压力不等于环境压力：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！