说个我当初感觉很很震惊很难以接受的。

有一段下面形状的管子：从左往右吹气，空气会加速。

这是显而易见的。

而且吹得越用力，右端出来的气体速度越快，这也是容易想象的。

假如你足够能吹，右端跑出来的气体是否无限快呢？No，不管你多能吹，从右端出来的气体最多到达音速。

这时候，你再继续加大力气吹，就算把自己吹炸了，右端出口跑出来的气体速度依旧保持音速。

假如，在右端出口处再接一个管子的话：气体在管1里面是加速的，加速完毕后，进入管2之后，速度怎么变呢？答案是，进入管2之后，空气继续加速。

以超音速从管2右端喷出。

总结：空气进入渐缩管1后加速，刚好到出管1的地方变成音速，进入渐扩管2后又继续加速。

刚刚学这里的时候的确很震惊。

不过看到数学证明之后，觉得恍然大悟，数学证明很简单，联立质量守恒和动量守恒即可求解，证明过程放在文末。

==============上图中，两个管子对接起来组合成的东东叫拉法尔喷管，是瑞典工程师拉法尔在1882年发明的一个能够产生超音速流动的装置。

更加令人震惊的东西是：整个航空航天工业（的动力学部分），全都建立在拉法尔喷管基础之上。

1，火箭发动机火箭的核心动力部件就是喷管，喷管尾部产生超音速气流，把工质喷出去，获得推力。

为了产生超音速气流，需要保证喷管入口端（上图当中吹气的地方）压力到达临界值。

因此，就得加一个燃烧室，把燃料燃烧产生高压气体。

画圈的地方是个喷管来源见水印实物图整体像一个喷管大型运载火箭都是很多个发动机组成上图是实物图，可以很明显看到喷管结构。

再补充一个示意图：也就是说，火箭发动机的核心动力装置其实就是在喷管的基础上进行改造的。

2，涡喷发动机虽然，航空发动机是一个及其复杂的存在，但它其实也是一个喷管。

跟火箭发动机一样，为了保证喷管进口端压力足够，需要烧燃料，所以得有一个燃烧室。

燃料燃烧需要空气，为了保证燃烧够猛，需要在燃烧室前面加一个涡轮增压装置，以便于产生高压空气，供燃料燃烧。

这个涡轮增压装置就是压气机。

PS：买汽车的时候，销售会告诉你这车是涡轮增压还是自然进气。

跟这个是一个道理，为了保证燃烧够猛，提供更强的动力，需要提供高压空气。

所以，同样排量的汽车，烧同样多的汽油，涡轮增压动力更强劲。

当然了，价格也更贵一些。

既然有了压气机，那压气机转动得需要能量，能量从哪里来呢？就从燃烧过后的气体中拿出一部分来用于吹动一个涡轮转动，涡轮转动后带动压气机工作。

所以，涡喷发动机就是在喷管里加上压气机和燃烧室以及涡轮。

示意图如下：可以看出来，画黑框的地方就是个喷管。

3，（超燃/亚染）冲压发动机我们可以想象一下，假如飞机飞得足够快，将会导致空气撞上发动机之后迅速减速，减速就会导致压力升得足够高。

此时，即使不用压气机，也能保证喷管入口处的气体压力足够高。

所以，压气机不需要了，既然压气机不需要，那涡轮也不需要了。

这种发动机叫冲压发动机。

就是飞机“冲”得速度足够快，使得喷管前方空气“压”力足够高的发动机。

没有了压气机和涡轮的发动机就只剩了一个喷管了。

是的，飞得超级快的飞行器外面挂的就是一个喷管。

上图是超燃冲压发动机，整体来看，左边部分渐缩管，右边部分渐扩管。

说白了就是一个喷管。

但跟喷管不一样的地方在于，中间最细的那一部分拉长了，这一段叫隔离区，是为了防止燃烧室的一些波动影响上游。

亚燃冲压发动机就不用考虑燃烧室的波动影响上游，所以，亚燃冲压发动机的原理图中，没有上图中的隔离区，脑补之后就可以知道，那东西就是一个喷管。

4，超音速风洞说完天上飞的，再来说说地面试验设备。

为了测试飞行器外形能否满足飞行要求，需要做一个缩比模型放在超音速气流中吹一吹，即风洞试验。

产生超音速流动的设备就是风洞。

风洞就是喷管。

为了保证喷管前方有足够的压力。

需要在上游加一个高压罐，作用同发动机上的压气机。

高压罐里出来的气体进入喷管之前先升温，需要一个加热装置，作用同发动机上的燃烧室。

加热后的高压气体进入喷管，形成超音速流动。

风洞原理图如下：上图中高压罐和喷管之间的管道上有加热装置。

高压罐、管道、加热装置、喷管，这四者其实是拉长了的航空发动机。

总结：没有拉法尔喷管，就没有现代航空航天。

瞻仰一下：来源百度百科========================空气进入渐缩管会加速，这个好理解。

不管多大力气吹，最后出口处竟然刚好一倍音速？再接一个渐扩管不应该减速吗？为毛还要继续加速？接下来就是数学证明时间。

没事的可以散了。

上面两个式子，第一个是质量守恒，即1秒内吹进去的空气质量为m，不管密度速度或者管子横截面积怎么变化，这团气体的质量永远保持m。

第二个式子是关于动量的。

然后对这两个式子进行加工。

第一个式子两端求微分。

第二个式子消去时间项，整理之后，每一项再同时除以 。

得到：下面，再联立一个音速定义式。

音速是什么呢？音速表征的是气体被压缩后，在弹力的作用下弹开，逃跑的速度。

所以，音速的定义式是：你可能又要问我了，音速为什么这么定义，如果是外行，真没必要了解怎么推导。

说一下音速推导的大概思路。

还记得高中学机械波吗，把一团空气当作一个弹簧振子，写出波动方程，有了波动方程，就可以知道机械波传播的速度。

上面音速的表达式就是这么来的。

再结合马赫数的定义：M为马赫数，即气流速度除以音速。

马赫数小于1，为亚音速。

马赫数等于1，为音速。

马赫数大于1，为超音速。

综上，可得到：证明1：向渐缩管吹气，气流会加速？空气从你嘴里出来，是亚音速，马赫数小于1，所以， 小于0。

且，管子横截面积逐渐变小，所以 小于0。

所以 大于0，即速度是增加的。

证明2：向渐缩管吹气，尾端出口处正好是音速？利用反证法从逻辑上证明。

假如，空气是亚音速流动，那么就继续加速（证明1中的情况）假如，空气已经变成超音速流动了，由公式可知，空气将减速。

假如，空气一直保持音速流动？由那个公式可知，面积在变，速度必须変，此情况不可能发生。

综上，空气在渐缩管中，必须一直加速，且在尾端出口处变成音速。

证明3：空气进入渐扩管，为什么还要加速？因为空气从第一个管子出来之后已经到达音速了，结合那个公式，可知，此时速度变化同面积变化趋势相同，渐扩管中，面积不断变大，速度也不断变大。

所以，气流继续加速。

总结：在渐缩管中一直加速，到达交界处速度到达音速，进入渐扩管，速度继续增加。

=============更个新：评论区脑洞开得挺大，好几个人说，能不能把好几个喷管串联起来。

我来解释一下。

首先，喷管不能串联。

亚音速气流进入左边第一个喷管之后，变成了超音速，超音速流进入下一个喷管的渐缩管，根据前面的公式可知，超音速流动进入渐缩管会减速。

学名叫“chocking”。

不过这个思路还是蛮好的，竟然想到了串联。

如果串联，就只能串联渐扩管，渐扩管学名叫膨胀管：从喷管喷出的超音速气流进入膨胀管之后，会进一步加速。

美国NASA有一个风洞，叫HYPULSE，就是利用这种串联思路。

这个风洞能提供25倍音速的流场。

（声称是25倍，其实能到28甚至30）。

再啰嗦一句，就算串联一百个膨胀管，都不能到光速，因为违反相对论中光速不可到达。

根据能量守恒定律，这团气体虽然速度（动能）高了，相应的，内能和压能就会降低，所以，后面，空气温度就太低了，会有些东西凝结。

而且压力也变得太低，远远小于外界环境压力，使流动不再持续。