马赫带效应:战斗机加力时美丽的马赫环到底是如何产生的?

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战斗机加力时美丽的马赫环到底是如何产生的?

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马赫环又叫马赫盘,是1868年奥地利物理学家E.马赫发现的一种明度对比现象,既是指人们在明暗交界处感到亮处更亮,暗处更暗的现象,它是一种主观的边缘对比效应,所以也叫马赫带效应。马赫盘的出现是人类的视觉系统造成的。

喷气发动机、火箭、冲压发动机或超音速燃烧冲压发动机等在大气层中工作时,喷出超音速尾气会形成的明亮耀眼的钻石型驻波。这是由于产生的激波形成了波峰波谷,造成一明一暗间隔的现象。严格来说,这并不是马赫环。因为马赫环只是在圆环的平面内才能出现,横向是看不到的,而我们经常看到的发动机尾焰反而是结节状尾焰,所以说并不是马赫环。

我们知道任何一个腔体都有其共振频率,发动机燃烧室及加力燃烧室也不例外,在气流的冲击下也会共振,也就是我们听到的咝咝声。 由于参与共振的气体不断被排出,所以共振幅度不太大,但喷出的气流受到的调制是明显的(就是振动到波峰时排气快一点,波谷时排气缓一点),尤其是打开加力时就更明显了,可以直接观察到结节状火焰。

由于腔体的共振频率除了和腔体尺寸有关外还和腔体中气体密度有关,所以调节发动机推力时火焰结节的长度也会相应变化。

这和飞机速度关系不紧密,象图中固定的发动机也会出现结节状火焰,但前提是发动机喷焰必须明显,所以多在发动机开加力时出现。

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