飞机加速时发动机喷口是收缩还是扩张？探究其原理

飞机加速时，发动机喷口通常是收缩的，以加速喷嘴流速，提高推力。对于客机而言，涡扇引擎通过加快转速和采用收缩段喷口设计，实现加速。而军用战斗机则可能采用更复杂的后燃式涡轮喷气引擎，通过点燃尾气进一步提升推力。喷嘴的流速和推力密切相关，收缩喷口能更有效地利用气流能量，产生更大的推力。此外，激波和膨胀波的结合也在喷嘴设计中扮演重要角色，影响气流形态和推力表现。

各位大佬都说到了横截面积和流速的关系，我就来补充一下激波和膨胀波吧。

先说说军用(战斗机)和民航引擎的区别

大部分超音速飞机和客机采用的是turbineengine(涡轮发动机)，军用战斗机跟民航客机最大的不同在于那个大头的Fan”风扇“，风扇主要这个大头可以提供高达30%的涡扇引擎推力，这个风扇也造就他的引擎叫做涡扇发动机turbofanengine(涡轮发动机)客机采用的都是大涵道比(大风扇)拥有比较低的TSFC(ThrustSpecificFuelConsumption单位推理燃料消耗量也可以被理解成发动机效率)，对于民航来说省钱才是硬道理，能省油就是神。而军机不同，要求也不一样，并不只是一味的省油，要的是性能，指哪打哪，快准狠，所以我们看到这两种涵道比的区别很大。引擎也就改名字了叫做Turbojet，而这个前端的风扇并不是消失不见而是变小了，主要功能也不再说产生额外推力，而是吸气，所以也叫做”压缩机的第一级(thecompressorfirststage)“一般就是对吸气然后加压，然后送到第二级再加压，最后喷向燃烧室点燃，点燃的燃气，喷向涡轮驱动前面的压缩机然后吸气。。。周而复始。另一方面，在飞机达到声速时，这个大风扇在转速上反而会形成一种阻力，所以大涵道比的引擎不适用于超音速飞行。

所以客机的加速只需要加快涡扇引擎的转速即可，而跟各位答主说的一样流速与横截面积的关系，我们采用一个收缩段的喷口连接在引擎尾部，提供一个加速流动，加快喷嘴流速，提高推力，这里引入一个喷嘴的流速和推力的公式哈。

上图这个方法我们其实吧整个引擎部分框起来，因为空气是可压缩流体，但是为了方便估算，我们假设这个框内的体积(容积)是不发生改变的，根据牛顿第二定律F=mcdot{a}=mcdot{u}/t，而dot{m}_e=m_e/t= hoA_eu_e是喷口(Exhaust)的质量流速，u_e则是喷口流速，而这个X方向上的力是主要是由喷气速度和质量产生因为引擎喷气口的流速相比其他几项是最大的。由此可以看出这个出口流速的比重。

补充一下，引擎推力的算法，注意哦这是引擎没算整流罩的Nozzle哦，在引擎内部依旧是有这些扩张段和压缩段的，而这压缩和扩张气压是有不同的涡轮叶片达成的。我这里拿Turbojet做例子，因为这个压缩机展示的比较明显嘿嘿嘿

气流经过每个段都有不同的流速和温度，尾部出口的涡轮与之前的压缩机是共轴的，也就是说尾部转的多快，前面的风扇就得转的多快，如之前提到的，前端对吸气然后经过几个叶片的加压，然后送到第二级再加压，最后喷向燃烧室点燃，点燃的燃气喷向涡轮，由于共轴的涡轮和压缩机，两者会有相同的转速，从而驱动前面的压缩机然后吸气。。。

既然都说到turbojet，我们就继续说另一种加速手段(大力飞砖)。我们之前一直讨论的都是尾流的加速可以提高引擎的推力，那么如果我们像火箭引擎一样点燃他怎么样，这就是我们现在看到的后燃式涡轮喷气引擎(AfterburningTurbojets)。

先看看结构上的区别：

本质上就是一个有没有点燃尾气的区别，就像是杀虫剂，有没有点燃效果还是有差别的(误)

可以看到这个尾部气流形成了一个又一个的环，我们称之为马赫环，有人说发动机好不好就是看他的环，这么说也不能算是错啦，确实得保证喷嘴流速达到一定程度才能形成这个“钻石“的形状。

而这个钻石的产生不只是这个发动机的叶片啊涡轮啊，有很大的原因是归功于这个喷嘴的形状。基本上就是通过激波和膨胀波的结合。。。。

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