導(dǎo)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(jī)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(shí)除了戰(zhàn)斗機(jī)之外，火箭在夜間發(fā)射時(shí)，....

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(jī)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(shí)除了戰(zhàn)斗機(jī)之外，火箭在夜間發(fā)射時(shí)，也能觀察到這種尾焰。

噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)尾部的馬赫環(huán)

馬赫環(huán)也就是學(xué)術(shù)上的馬赫盤(pán)，馬赫盤(pán)（Mach Disk）是當(dāng)氣流以超音速和低于外部大氣的壓強(qiáng)離開(kāi)噴嘴時(shí)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(jiàn)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)馬赫環(huán)

馬赫環(huán)示意圖

馬赫環(huán)的形成原因細(xì)說(shuō)起來(lái)有些復(fù)雜，但基本可以理解為因尾焰噴流內(nèi)復(fù)雜超音速流場(chǎng)，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(shí)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(shí)，尾噴流產(chǎn)生激波引起的，形成連續(xù)的脹波、壓縮波系。當(dāng)氣壓 Ma=0.9（約950公里/小時(shí)）時(shí)，局部氣流的速度可能就達(dá)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(jī)、導(dǎo)彈出口氣流達(dá)到超音速就可以出現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車就可以看到。飛機(jī)導(dǎo)彈在飛行時(shí)，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(pán)。

過(guò)膨脹流中產(chǎn)生馬赫盤(pán)的波的結(jié)構(gòu)

欠膨脹流中產(chǎn)生馬赫盤(pán)的波結(jié)構(gòu)

在這個(gè)膨脹與壓縮過(guò)程中，超音速噴流內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一系列復(fù)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(fù)雜激波會(huì)導(dǎo)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(diǎn)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(guó)F22戰(zhàn)斗機(jī)加力是尾部產(chǎn)生的馬赫環(huán)

除了戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的加力尾焰外，在大氣層內(nèi)工作的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)或超音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)產(chǎn)生馬赫環(huán)。在外太空工作的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)則無(wú)法看到馬赫環(huán)，因?yàn)檫@里沒(méi)有大氣，噴流無(wú)法進(jìn)行膨脹與壓縮循環(huán)，無(wú)法產(chǎn)生激波點(diǎn)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。