超震撼!罐裝氣竟噴出超音速氣流?還拍到類似戰鬥機鑽石馬赫環?

2024年02月19日23:15:03 軍事 1576

超震撼!罐裝氣竟噴出超音速氣流?還拍到類似戰鬥機鑽石馬赫環? - 天天要聞

你可能很難想像,我們平時所用的罐裝空氣,竟然也能噴出超音速氣流,還會形成戰鬥機超音速時噴出的那種明亮的鑽石型震波,原來超音速的現象可以無處不在!

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這個現象來自一次偶然的發現,一位YouTube博主「塞羅的車庫」,一次拿着罐裝空氣,在強背景光下檢查噴氣機,想確認電子除塵器是不是在運行。但在他完全扣住扳機,氣體噴出後,一個令人震撼的現象讓他驚訝不已,塞羅竟然在噴嘴處看到了疑似馬赫環的鑽石震波!

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可能很多朋友都見過戰鬥機超音速飛行的視頻,上次馬斯克SpaceX公司星艦第二次試射時,你也可以明顯看到,發動機噴出的炙熱等離子氣體,在後面形成了一連串的馬赫環,明暗相間,像鑽石一樣晶瑩奪目,這是一種在大氣中超音速後的特殊現象。

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馬赫環又叫鑽石形震波,通常被定義為噴氣發動機、火箭發動機、衝壓發動機或超音速燃燒衝壓發動機等在大氣層中工作,噴出超音速尾氣時,噴嘴後形成的明亮耀眼的鑽石形駐波。所以普通罐裝氣噴出鑽石環確實是非常奇怪的,即使它真的超音速了,難道溫度也非常高嗎?

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首先我們需要理解馬赫環是怎麼形成的。簡單來說,就是高溫高壓氣體噴出後,中間的會直接向後飛,邊緣部分快速膨脹,導致壓力下降,但速度卻不會降,撞上旁邊一個大氣壓的空氣後,就相當於撞上了一堵牆,會被壓縮反彈,撞上另一邊的空氣牆,再壓縮再反彈,形成Z字形的衝擊波。

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由於噴口是圓形,另一邊的氣體也會形成同樣的激波,於是會合在一起,波峰波谷疊加成為菱形,也就是激波形成的流場。隨着局部密度和壓力的突然變化,流場會變得我們肉眼可見,也就是噴嘴後一連串的鑽石形震波。

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塞羅發現罐裝空氣噴口出現疑似馬赫環後,先用剃鬚刀片、圖像傳感器、鏡頭和光源製作了一個簡單的紋影成像裝置,果然看到了比肉眼更為清晰的馬赫環。

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所謂紋影成像,就是把流場中氣體的密度變化轉化為光強變化,從而形成可觀察的圖像,是廣泛使用的觀測氣流、燃燒、激波、風洞等流場的有力工具。

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之後塞羅改進了他的設備,配置了更好的鏡頭和柱狀光源,結果看到了更為令人驚嘆的圖像,包括多種噴嘴噴出的鑽石形震波,最令人驚異的是他用一個給籃球打氣的氣針連接到罐裝空氣上,結果主噴嘴和側面的噴嘴都出現了馬赫環。

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那麼根據一般的說法,馬赫環要在高溫高壓的超音速噴氣中才會出現,塞羅的罐裝空氣難道也是高溫的?其實看到菱形鑽石的根本條件不是高溫高壓,而是氣體的密度變化。馬赫環是超音速氣流內壓縮波和膨脹波相互干涉形成的駐波,形成條件主要有兩個,一是超音速,二是流體內壓力與環境有壓力差,所以溫度較低的時候,也可能會出現馬赫環,只是我們肉眼看不見而已。

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而塞羅在一次偶然的機會中,敏銳地捕捉到了疑似馬赫環的噴氣,最終通過自己豐富的專業知識予以驗證,發現了罐裝空氣也能噴出馬赫環的驚人現象,令人嘆為觀止。



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