​尾焰中的“马赫环”

尾焰中的“马赫环”

你观看过火箭发射吗？你知道火箭腾空而起后尾部喷出的明亮火焰大有学问吗？本期，快来跟我们一起认识火箭尾你观看过火箭发射吗？你知道火箭腾空而起后尾部喷出的明亮火焰大有学问吗？本期，快来跟我们一起认识火箭尾焰吧！

说起尾焰，大家首先想到的肯定是超大的“火苗”。但是如果你仔细观察这巨大的“火苗”就会发现，其实它是由一串等间距圆环构成的。人们将这种结构称为“马赫环”。当然，并不是在所有的尾焰中都能看到马赫环，只有当火箭和飞机的速度超过音速且达到一定温度时，其尾部喷出的气体在内外压力不一致的情况下，产生膨胀、压缩的循环现象，我们才能看到马赫环。

在我们看到的各种尾焰中，马赫环总是以完美的间隔出现，但其中也存在细微的差别，因为各种发动机所采用的喷管形状各异，而且每个引擎所选择的燃料种类也都是不一样的。

梅林火箭发动机一般采用液氧煤油推进剂，这种推进剂燃烧后能够生成二氧化碳和水，所以飞机的尾焰会出现白色的羽流。此外，这种推进剂燃烧后还会产生固态碳的颗粒物，这些颗粒在燃烧时闪烁着橘色的光，形成了带橘色光亮的尾焰。就像蜡烛燃烧时，由于碳颗粒持续燃烧，烛焰的顶端会发出橘色的光一样。

为使推进剂燃烧后只产生微量碳颗粒，甚至不产生碳颗粒，SpaceX生產的猛禽发动机，以甲烷与氧气的混合物为燃料，产生的尾焰主要是蓝色，其中带有淡淡的橘色光。

中国的长征二号运载火箭采用的推进剂是偏二甲肼和四氧化二氮混合物。这种推进剂与甲烷类似，只会生成极微量的碳颗粒。从尾焰的蓝色程度就可以看出这种推进剂极高的燃烧效率。不过，长征二号F运载火箭所使用的推进剂燃烧后还会生成一种含氮基的物质，这种物质会发出另一频率的光。

除了火箭，一些为了超音速飞行而开启加力燃烧室的战斗机也会产生马赫环。