瞭望塔
戰機尾焰為什么可以形成有規律的等距形狀火焰?在第十五屆中國國際航空航天博覽會上,殲-35A進行了“飛龍”嘯九天飛行表演,引發現場觀眾連連稱贊。
殲-35A噴出的火焰叫作馬赫環,也稱馬赫盤,是一種在超音速氣流中形成的視覺現象,常呈現為一系列環狀或者鉆石形狀,多見于火箭發動機或噴氣發動機的排氣羽流中。這里的馬赫,既是取名于自然哲學家、物理學家恩斯特·馬赫,也是由于發生該現象時氣體速度需達到音速(馬赫作為速度單位時指一倍音速)。
當低壓高速的氣體從發動機噴管中噴出,這時氣體比外界壓力低,會被外界的空氣壓縮。氣體被壓縮到一定程度時,壓力將高于外界壓力,就會發生膨脹。因此,氣體噴出的過程其實就是膨脹-壓縮重復循環的過程。在這個過程中,超音速噴流內會產生一系列復雜的波。這些波交匯后,會導致噴流在膨脹和壓縮段交界處溫度急劇升高,達到一定的溫度時再次點燃未完全燃燒的燃油,使其燃燒發光,出現馬赫環現象。
此次飛行表演中,殲-35A噴出的是橘色尾焰。實際上,尾焰的顏色是根據氣體溫度與燃料的不同而變化的。如英國皇家空軍常使用的梅林火箭發動機,一般采用液氧-煤油燃料組合,這種組合燃燒后生產二氧化碳和水,所以火箭尾焰會有白色羽流。
如果燃料在燃燒過程中出現固態碳顆粒物質,這種物質的燃燒會散發橘色的光,造成橘色的光亮尾焰。而作為下一代火箭發動機的猛禽火箭發動機,為了提高燃燒效率,減少微量碳顆粒,采用液態甲烷和液氧作為推進劑,生成的尾焰是藍色,但帶有淡淡的橘色光。我國長征二號運載火箭采用的推進劑是偏二甲肼(jǐnɡ)和四氧化二氮混合物,這種推進劑與甲烷類似,只會生成極微量的碳顆粒,燃燒效率極高,所以尾焰呈藍色的比例較高。
(作者單位:中國人民解放軍92326部隊)
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