飞机发动机喷出的火焰，为什么是一环一环的？你知道原理吗？

观察战斗机在空中高速飞行时的照片，就会发现一个有趣的现象，它们的尾部气流中总是闪烁着一些等间距排列的圆环，这其实就是“马赫环”。那么，是不是所有飞机都会出现马赫环？马赫环又是怎样形成的呢？

首先，并不是所有飞机的后面都能看到马赫环。它的出现必须满足两个条件：一、流体达到超音速；二、超音速流体内的压力与环境压力不同。并且只有在足够高的温度下，我们才能肉眼看见。

形成马赫环的条件

在超音速飞机的发动机尾部，有一个“拉瓦尔喷管”。它的整体形状先收敛再扩张，气体在经过收敛段时，会从亚音速加速到音速，从最窄处再到扩张段，会直接加速到超音速。这时，在喷嘴处，如果流体内的压力与外界不同，那么，就能看到美丽的马赫环了。

拉瓦尔喷管

流体在喷管中的速度变化

喷嘴处流体的压力与环境压力不同

第一种情况，喷气压力大于环境压力。此时的气流处于“欠膨胀”状态，因此，喷出后会立即膨胀，但是膨胀后压力减小，低于了环境压力，又会被压缩，等压力大于了环境压力，又开始膨胀，如此循环往复，就形成了连续的“马赫环”。

欠膨胀状态

第二种情况，喷气压力小于环境压力。这时，气流处于“过膨胀状态”，喷出后会形成一道激波，并被剧烈压缩。压缩后的气流压力一旦大于环境压力，就开始膨胀，接下来和第一种情况相同，重复着压缩膨胀的过程，直到排气压力最终与环境压力相同，马赫环的循环也就到达了终点。

过膨胀状态

其实综合来看，可以将气流的膨胀和压缩过程看作两个波：一个膨胀波和一个压缩波。它们叠加在一起时，就形成了我们看到的“驻波”。这种现象其实在水中也能看到，水下发射的子弹能产生好几个连续的空腔，它们看起来一节一节的，就像一根莲藕一样。

可乐瓶口出现的马赫环

水下射击出现的马赫环