首先，我们了解一下马赫环是什么
我们经常能够看到战斗机加力起飞中，尾喷管回喷出一节一节的漂亮钻石型尾焰，在夜间尤为清晰，其实除了战斗机之外，火箭在夜间发射时，也能观察到这种尾焰。
喷气式发动机尾部的马赫环
马赫环也就是学术上的马赫盘，马赫盘（Mach Disk）是当气流以超音速和低于外部大气的压强离开喷嘴时发生的一种气体现象，呈现等间距圆环的形状，常见于火箭发动机或喷气发动机的排气羽流中。也称冲击钻石（Shock Diamonds）。
航天器尾部喷射出了8个马赫环
马赫环示意图
马赫环的形成原因细说起来有些复杂，但基本可以理解为因尾焰喷流内复杂超音速流场，于是在激波作用下，局部喷流的密度和压力产生了规律突变所致。
歼20起飞时尾部喷出美丽的马赫环非常抢眼
由于飞行器超音速飞行时，尾喷流产生激波引起的，形成连续的胀波、压缩波系。当气压 Ma=0.9（约950公里/小时）时，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波。这种现象不需要飞行器超音速飞行下产生，只要飞机、导弹出口气流达到超音速就可以出现，发动机地面试车就可以看到。飞机导弹在飞行时，由于为了超音速飞行 尾喷管采用了拉瓦尔喷管，从两侧的壁面流出的气流在外界发生了折转，并被多次折射、交叉的地方形成马赫盘。
过膨胀流中产生马赫盘的波的结构
欠膨胀流中产生马赫盘的波结构
在这个膨胀与压缩过程中，超音速喷流内会产生一系列复杂的斜激波和正激波，以及普朗特-迈耶膨胀波和普朗特-迈耶压缩波。这一系列复杂激波会导致喷流在膨胀和压缩段交界处温度急剧升高，高到足以再次点燃喷流中任何残存燃料，使其燃烧发光。正式这些燃烧着的剩余燃料，形成了一节一节的菱形火焰图案，使马赫环在喷流中闪闪发光。
美国F22战斗机加力是尾部产生的马赫环
除了战斗机发动机的加力尾焰外，在大气层内工作的火箭发动机、冲压发动机或超音速燃烧冲压发动机都会产生马赫环。在外太空工作的火箭发动机则无法看到马赫环，因为这里没有大气，喷流无法进行膨胀与压缩循环，无法产生激波点燃喷流中的剩余燃料。
所以马赫环的形成需要三要素：超音速喷流、大气层内飞行、喷流中的剩余燃料。
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