導讀首先，我們了解一下馬赫環(huán)是什么我們經(jīng)常能夠看到戰(zhàn)斗機加力起飛中，尾噴管回噴出一節(jié)一節(jié)的漂亮鉆石型尾焰，在夜間尤為清晰，其實除了戰(zhàn)斗機之外，火箭在夜間發(fā)射時，....

首先，我們了解一下馬赫環(huán)是什么

我們經(jīng)常能夠看到戰(zhàn)斗機加力起飛中，尾噴管回噴出一節(jié)一節(jié)的漂亮鉆石型尾焰，在夜間尤為清晰，其實除了戰(zhàn)斗機之外，火箭在夜間發(fā)射時，也能觀察到這種尾焰。

噴氣式發(fā)動機尾部的馬赫環(huán)

馬赫環(huán)也就是學術上的馬赫盤，馬赫盤（Mach Disk）是當氣流以超音速和低于外部大氣的壓強離開噴嘴時發(fā)生的一種氣體現(xiàn)象，呈現(xiàn)等間距圓環(huán)的形狀，常見于火箭發(fā)動機或噴氣發(fā)動機的排氣羽流中。也稱沖擊鉆石（Shock Diamonds）。

航天器尾部噴射出了8個馬赫環(huán)

馬赫環(huán)示意圖

馬赫環(huán)的形成原因細說起來有些復雜，但基本可以理解為因尾焰噴流內(nèi)復雜超音速流場，于是在激波作用下，局部噴流的密度和壓力產(chǎn)生了規(guī)律突變所致。

殲20起飛時尾部噴出美麗的馬赫環(huán)非常搶眼

由于飛行器超音速飛行時，尾噴流產(chǎn)生激波引起的，形成連續(xù)的脹波、壓縮波系。當氣壓 Ma=0.9（約950公里/小時）時，局部氣流的速度可能就達到音速，產(chǎn)生局部激波。這種現(xiàn)象不需要飛行器超音速飛行下產(chǎn)生，只要飛機、導彈出口氣流達到超音速就可以出現(xiàn)，發(fā)動機地面試車就可以看到。飛機導彈在飛行時，由于為了超音速飛行 尾噴管采用了拉瓦爾噴管，從兩側(cè)的壁面流出的氣流在外界發(fā)生了折轉(zhuǎn)，并被多次折射、交叉的地方形成馬赫盤。

過膨脹流中產(chǎn)生馬赫盤的波的結(jié)構(gòu)

欠膨脹流中產(chǎn)生馬赫盤的波結(jié)構(gòu)

在這個膨脹與壓縮過程中，超音速噴流內(nèi)會產(chǎn)生一系列復雜的斜激波和正激波，以及普朗特-邁耶膨脹波和普朗特-邁耶壓縮波。這一系列復雜激波會導致噴流在膨脹和壓縮段交界處溫度急劇升高，高到足以再次點燃噴流中任何殘存燃料，使其燃燒發(fā)光。正式這些燃燒著的剩余燃料，形成了一節(jié)一節(jié)的菱形火焰圖案，使馬赫環(huán)在噴流中閃閃發(fā)光。

美國F22戰(zhàn)斗機加力是尾部產(chǎn)生的馬赫環(huán)

除了戰(zhàn)斗機發(fā)動機的加力尾焰外，在大氣層內(nèi)工作的火箭發(fā)動機、沖壓發(fā)動機或超音速燃燒沖壓發(fā)動機都會產(chǎn)生馬赫環(huán)。在外太空工作的火箭發(fā)動機則無法看到馬赫環(huán)，因為這里沒有大氣，噴流無法進行膨脹與壓縮循環(huán)，無法產(chǎn)生激波點燃噴流中的剩余燃料。

所以馬赫環(huán)的形成需要三要素：超音速噴流、大氣層內(nèi)飛行、噴流中的剩余燃料。