超震撼!罐装气竟喷出超音速气流?还拍到类似战斗机钻石马赫环?

2024年02月19日23:15:03 军事 1576

超震撼!罐装气竟喷出超音速气流?还拍到类似战斗机钻石马赫环? - 天天要闻

你可能很难想象,我们平时所用的罐装空气,竟然也能喷出超音速气流,还会形成战斗机超音速时喷出的那种明亮的钻石型震波,原来超音速的现象可以无处不在!

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这个现象来自一次偶然的发现,一位YouTube博主“塞罗的车库”,一次拿着罐装空气,在强背景光下检查喷气机,想确认电子除尘器是不是在运行。但在他完全扣住扳机,气体喷出后,一个令人震撼的现象让他惊讶不已,塞罗竟然在喷嘴处看到了疑似马赫环的钻石震波!

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可能很多朋友都见过战斗机超音速飞行的视频,上次马斯克SpaceX公司星舰第二次试射时,你也可以明显看到,发动机喷出的炙热等离子气体,在后面形成了一连串的马赫环,明暗相间,像钻石一样晶莹夺目,这是一种在大气中超音速后的特殊现象。

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马赫环又叫钻石形震波,通常被定义为喷气发动机、火箭发动机、冲压发动机或超音速燃烧冲压发动机等在大气层中工作,喷出超音速尾气时,喷嘴后形成的明亮耀眼的钻石形驻波。所以普通罐装气喷出钻石环确实是非常奇怪的,即使它真的超音速了,难道温度也非常高吗?

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首先我们需要理解马赫环是怎么形成的。简单来说,就是高温高压气体喷出后,中间的会直接向后飞,边缘部分快速膨胀,导致压力下降,但速度却不会降,撞上旁边一个大气压的空气后,就相当于撞上了一堵墙,会被压缩反弹,撞上另一边的空气墙,再压缩再反弹,形成Z字形的冲击波。

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由于喷口是圆形,另一边的气体也会形成同样的激波,于是会合在一起,波峰波谷叠加成为菱形,也就是激波形成的流场。随着局部密度和压力的突然变化,流场会变得我们肉眼可见,也就是喷嘴后一连串的钻石形震波。

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塞罗发现罐装空气喷口出现疑似马赫环后,先用剃须刀片、图像传感器、镜头和光源制作了一个简单的纹影成像装置,果然看到了比肉眼更为清晰的马赫环。

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所谓纹影成像,就是把流场中气体的密度变化转化为光强变化,从而形成可观察的图像,是广泛使用的观测气流、燃烧、激波、风洞等流场的有力工具。

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之后塞罗改进了他的设备,配置了更好的镜头和柱状光源,结果看到了更为令人惊叹的图像,包括多种喷嘴喷出的钻石形震波,最令人惊异的是他用一个给篮球打气的气针连接到罐装空气上,结果主喷嘴和侧面的喷嘴都出现了马赫环。

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那么根据一般的说法,马赫环要在高温高压的超音速喷气中才会出现,塞罗的罐装空气难道也是高温的?其实看到菱形钻石的根本条件不是高温高压,而是气体的密度变化。马赫环是超音速气流内压缩波和膨胀波相互干涉形成的驻波,形成条件主要有两个,一是超音速,二是流体内压力与环境有压力差,所以温度较低的时候,也可能会出现马赫环,只是我们肉眼看不见而已。

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而塞罗在一次偶然的机会中,敏锐地捕捉到了疑似马赫环的喷气,最终通过自己丰富的专业知识予以验证,发现了罐装空气也能喷出马赫环的惊人现象,令人叹为观止。



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