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2020-11-10 [64077]
本文摘要:12月7日傍晚,很多人的朋友圈都被这样一条消息刷屏——有网友找到傍晚的天空经常出现了龙状祥云。夜间摄制到的火箭烟云火箭尾流与大气混合后不会产生反感的电磁辐射,但这些电磁辐射的主要波段在红外区域,而我们人眼所见的火箭尾迹主要来自于尾流中不含铝的液体推进剂自燃分解的三氧化二铝粒子衍射太阳光所致。

粒子

12月7日傍晚,很多人的朋友圈都被这样一条消息刷屏——有网友找到傍晚的天空经常出现了龙状祥云。此后不少网友争相在朋友圈、微博上晒图,记录下这一刻。回应,微博证书为“航天科工火箭技术有限公司技术经理”的微博网友@慢舟火箭首席科学家助理,在微博上公开发表“擅离职守”称之为这是今天慢舟一号甲运载火箭升空所导致的火箭尾迹云。火箭推进剂自燃后分解的高温、高速气体不会在尾喷管后构成具备简单的波系结构,包括内射流和外射流,以及边界层。

烟云

内射流是燃料自燃所分解的高温、高速化学反应生成物,外射流是低温、短距离的混合物气体。低空火箭尾流红外线图像当火箭飞行高度较低时,周围大气密集,火箭喷流和大气混合的结果是再行收缩后传输,再行收缩,如此重复构成显著的马赫盘结构。

大气

尾流径向直径较为小,轴向长度受限。低空尾流流场可以用连续流的纳维尔-斯托克斯方程建模,其典型温度云图如下右图:低空火箭尾流流场温度云图当火箭飞行高度渐渐升高时,周围大气渐渐平流层,火箭喷流和大气混合起到的结果是马赫盘数目渐渐增加,最后消失,喷流充份收缩,与大气混合后不会构成转往区,尾流径向直径逆大,轴向长度逆宽,构成高空雨伞结构。高空尾流流场能用平流层气体动力学建模,其典型速度云图如下右图:高空火箭尾流流场速度云图当火箭飞行速度多达音速时候,不会构成两个激波结构。

粒子

一个在弹体锥形顶部,一个在尾流前部,刚开始弹体激波与尾流激波分离出来,当飞行高度变高以后,两者混合,从而使得火箭尾流场变大,构成一个极大的锥形部位。利用空气动力学顺利说明了火箭尾流“烟云”的主体是锥形结构的原因,那么烟云近端的蛇形尾迹是怎么构成的呢?这是因为尾流中所含大量的三氧化二铝粒子,这些粒径较为小的粒子被喷口涌出后在高层大气中所不受的阻力较为小,因此需要持续好几公里。由于平流层和中间层之间的循环气流,导致火箭流场远端与空气混合具备反感的不稳定性,因而将尾迹吹成了螺旋状。火箭尾流的蛇形尾部在尾流后方还有可能不存在有大量有所不同简单结构的“烟云”。

当火箭发动机类型、推进剂种类以及飞行中环境不同时,火箭尾流的“烟云”不会展现出出有有所不同的尺寸与结构。那么为什么我们能看见“烟云”呢?有时甚至还是五颜六色的云呢?只不过,这一现象是由火箭升空之后留给的尾迹在阳光、气流和明亮天空的综合起到下产生的类似光学效果。夜间摄制到的火箭烟云火箭尾流与大气混合后不会产生反感的电磁辐射,但这些电磁辐射的主要波段在红外区域,而我们人眼所见的火箭尾迹主要来自于尾流中不含铝的液体推进剂自燃分解的三氧化二铝粒子衍射太阳光所致。

如果观察者的角度较为好,而且仔细观察时间是日落、日落时分,就不会看见“云”在高空照射阳光、散射光的相互作用下,构成彩虹色的“五彩祥云”。由于火箭尾流中的液体铝颗粒与空气中氧气混合必须符合自燃条件,所以一般来说这些“云”在火箭降落阶段是不会不经常出现的,而是在高空大气中产生。由于三氧化二铝粒子比较气体分子的惯性大以及高空大气粘性小等原因,导致火箭关机后,这些“云”还能不存在,仅次于可维持半小时左右。


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