「马赫环」是什么，它的产生原理是怎样的？
11 个回答
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。
有两个重要的发生条件：
- 流体必须为超音速
- 超音速流体内压力与环境压力不相等
此外如果需要超音速的流体温度较高才能用肉眼观测到。温度低的马赫环虽然存在，但是我们看不到。
能超音速飞行的飞机（亚音速民航客机显然不行）的发动机喷嘴都是收敛-扩张型，喷出的气体在收敛段由亚音速加速至音速。从最窄处到喷嘴为扩张段，这一段气流会被加速至超音速，甚至火箭发动机的喷气速度为数倍音速。
（虽然理论上亚音速喷嘴也可以支持飞机超音速飞行，因为喷气温度高音速也高，而推力是根据喷气速度来计算而不是音速的倍数也就是马赫数）
喷管中的最窄截面积决定了发动机的通气量，而喷嘴面积和最窄截面积之比决定了最终喷气速度。
通常超音速喷嘴都可以调节这两个截面积来控制推力。
当飞机的加力燃烧室开启时，燃气中未完全耗尽的氧气会被继续注入燃油燃烧。燃气达到更高的温度。这时喷出的燃气呈明亮的红热状态。
假如这时喷嘴处的喷气压力和外界不相同，恭喜你，你将看到明亮耀眼的马赫环。
喷气压力高于环境压力（上）
喷出的超音速流体压力高于环境压力，会直接膨胀，而膨胀后压力又比环境低了，再被压缩，再膨胀。
喷气压力低于环境压力（下）
喷出的超音速气流由于压力低于环境，会形成一道激波并被剧烈压缩。在这道激波压缩后，压力反而又高于了环境压力，会再形成膨胀波。然后再被压缩，再膨胀。循环下去，所以人能看到一道规律的钻石状马赫环。
也就是说只要喷出的超音速流体只要压力不等于环境压力，就会形成「膨胀-压缩-膨胀-压缩……」的循环现象，唯一的区别是，第一道波是激波压缩还是直接膨胀。所以不管是哪种情况，看起来都差不多。
当尾流压力增加时，密度提高，速度变慢，总温不变而静温提高。也就是压力大的地方气就热了，且这时高温会更促使加力燃烧室喷出的未完全燃烧燃油再次燃烧，且本来气体温度的变化也会影响颜色。（如果飞机不开加力，喷气也是超音速的，只是不明亮，所以肉眼看不到）
超音速喷管，钻石状马赫环https://www.zhihu.com/video/1082465328776134656
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首先我们需要一个拉瓦尔管。由于气流离开喷口时受到喷口边缘的阻碍，形成了一道致密的气体压缩波，就是激波。
但喷管出来的气流流动条件经常无法让这两斜激波互相透射，于是这两股激波就各自在半路上形成可垂直于气流方向的脱体激波，也叫做马赫激波。
这两股激本来是要去相遇的，却各自制造了一股马赫激波像一个圆盘横在路上，于是这两股斜激波就和自己打造的马赫激波相撞都被反弹了出去。
这个。。理论上讲，如果拉瓦尔喷管出口处的静压与大气压力完全一致的情况下是不会出现这种情况的。
但实际的喷管出口静压要么比大气压低，要么比大气压高。而且轴对称喷管在出口界面上压力分布本来就是不均匀的。
出口静压低了叫过膨胀状态，会在出口处产生斜激波，如果是轴对称喷管就会产生圆锥形的激波。激波在轴线处相交会产生反射。。。
对具体理论感兴趣的话，推荐你看北航钱翼稷《空气动力学》P252 P258
当然上述内容只解释了这种流动结构产生的原因，并没有解释你为什么能看到这种流动结构。激波本身只是会导致气流密度温度的变化，而飞机发动机尾焰里的马赫环跟其他部分的颜色不一样，这个我就不太懂了，估计跟燃料燃烧有关。。
本质上就是，高温高压火焰从喷口喷出，中间部分直飞，旁边部分发散。发散的压力下降快，但速度不减，然后一头撞上喷口边上的外面的普通空气（一个大气压）。一头撞上去后，被压缩，反弹回来，斜斜地穿过中线，然后一头撞向另一边的普通空气，再被压缩和反弹。如此循环，产生一个之字形冲击波。因为喷口/火焰是对称的，另一边也形成之字形，于是合二为一，变成的钻石状。
反复几次后，这些斜斜的冲击波能量减少，再撞上外面的空气已经软弱无力了，钻石形态就到此为止了。
还有，每次斜斜的冲击波穿过中线的时候会吸取一部分中间焰流的能量，要不然的话，马赫环估计一两层就没了。
可以理解为外侧气流在空气接触面打水漂
激波的相交处就是马赫盘，当超声速气流从固体涵道喷入有气体的开放空间时，超声速气体流由于静压和外界静压不相等，会反复的发生过膨胀和过压缩的现象，而气体的压缩是由激波完成，激波相交的地方由于能量和密度显著提高，气体的亮度较高，形成能区别于高声速流体本生亮度的盘状。
内容来源于搜狗科学聊天室 槽罐车爆炸炸出马赫环？什么是马赫环？
马赫环是流体力学里的超音速喷射流体。具体可看下图
飞机在以超音速飞行时，其实是不一定能喷出马赫环的，当喷口压力和外界压力一样，喷气不会被压缩或扩张，所以不会出现连续的马赫环（规律的亮斑）。
可变截面收敛扩张喷嘴虽说可以调整喷口压力，但是调节范围有限，当高速飞机的发动机在地面试车时，环境压力远高于最高喷口压力，超音速尾气就会被压缩，再扩张再压缩再扩张，就会形成规律等距的亮斑。
感觉百科上的解释更加通俗易懂
可以参考一下本科教材里面拉瓦儿喷管不同工作状态的相关分析