图5-25所示为低空 （3～10km） 火箭发动机排气羽流示意图。 羽流的直径和长度可以比飞行器的直径和长度大好几倍， 在羽流的长度方向大致可以分成近场、 过渡区和远场三段。
图5－25 低空火箭发动机排气羽流示意图
近场由无黏内核 （尚未接触空气的燃气） 和相对较薄的外部混合层组成。 无黏内核是超声速燃气流， 离开喷管后首先经历膨胀， 然后受斜激波的压缩。 对轴对称喷管而言， 斜激波是弯曲的桶形激波， 它在轴线附近相交并形成接近于正激波的马赫盘。 超声速燃气流过马赫盘之后立刻变为亚声速流， 同时压强和温度急升。 流过一段距离之后， 亚声速燃气流再次变成超声速流。 这种由正激波和短的亚声速区构成的流动图谱在羽流核心区多次重复， 而激波强度、 压强与温度升高幅度则逐次降低； 在无黏内核之外、 喷管出口外缘附近， 喷管内壁面附面层中的低速 （亚声速） 黏性流层在流出喷管后， 其流线甚至可以向外偏转180° （参见图5-22）， 尽管亚声速附面层只占喷管全部质量流率的很小一部分， 却形成了倒流。 而附面层中的超声速流层则流经普朗特-迈耶膨胀波， 在流速增加的同时， 流动方向也向喷管外偏转。 在更高的欠膨胀程度 （或飞行高度） 下， 偏转的流线与喷管轴线的夹角可以超过90° （γ＝1.3的理想气体， 普朗特-迈耶角的理论最大值约为159°）。 流线的向外偏转使得排气羽流对飞行器表面或器件产生热效应、 撞击效应以及污染的可能性大为增加； 外部混合层是围绕核心区的湍流层， 其厚度随离开喷管的距离以及飞行高度而增加。 在混合层中， 燃气与周围的新鲜空气掺混，发动机排气产物中的富燃料组分（如CO、H2等） 在较高的温度下与空气中的氧发生湍流燃烧反应， 使混合层的温度升高， 这种现象称为二次燃烧 （after burning） 或复燃。
在排气羽流的过渡区， 有更多的燃气与空气混合， 外部混合层的厚度逐渐加厚， 而激波的强度则逐渐减弱。 排气羽流的远场是燃气 （包括二次燃烧产物） 与空气充分混合的区域，当地压强基本上与外界空气压强相等。
排气羽流结构随飞行高度发生变化， 如图5-26所示。 当喷管工作在最佳膨胀状态附近时， 羽流呈现出长长的、 几乎是圆柱形的形状， 如图5-26 （a） 所示。 随着高度的增加，羽流的形状趋近于锥形， 直径和长度同时增大。 在更高的高度， 外界空气压强可以降低几个数量级， 使喷管出口截面的燃气压强与环境反压之比大大增加， 燃气的膨胀程度更大、 温度降得更低， 羽流中的某些组分凝结成液体， 形成烟云或蒸气尾迹， 如图5-26 （b） 所示。当飞行器相对于空气超声速飞行时， 除飞行器头部的锥形激波 （或脱体的弓形激波） 外，在喷管出口的外缘还将出现排气激波， 如图5-26 （c） 所示。
图5－26 排气羽流结构随飞行器高度的变化
（a） 最佳膨胀附近0～5km， 低速、 亚声速； （b） 欠膨胀10～25km， 亚、 跨、 低超声速；（c） 更大的欠膨胀35km以上， 超声速
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
