|为什么火箭的喷气口是喇叭型的？_

为什么火箭的喷气口是喇叭型的？
答：
火箭为了获得较大的返喷气流速度，需要好好地设计喷气口。自然地，我们会想到喷气口越小，气流应该越快。但事实真是如此吗？
一般的喷气式飞机的喷口确实是逐渐收紧的，而火箭的喷口却是先收紧再扩大。这是因为气体流速与横截面的关系在音速附近会发生变化。当流速小于音速时，横截面越小流速越快。但当流速大于音速时，横截面增大反而能促进流速加快。由此不难想到喷气口的最佳形状正是喇叭形，并且将喇叭的喉部设计在气流达到音速处。这种设计叫拉瓦尔喷管，早在1888年就被瑞典人拉瓦尔发明出来了。

为什么气体在超音速后会有这种反直觉的特性？因为气体是可压缩的。当气流超过音速时，气体密度随截面的变化占据了主导因素，这时横截面增大会导致密度减小得更快，而单位时间通过截面的气体质量是恒定的，这就使得气流速度反而随着横截面增大而增大了。如果在达到音速时依然收紧管口，就会使得气体大幅压缩，密度的增大超过了截面的减小，导致流速降低，也就是气体被堵住了，这就好像刚高峰时拥挤的地铁口一样。用公式来描述的话就是：
其中M是马赫数，定义为气流速度与音速的比值，即M=u/a 。
高能预警!下图是具体推导过程，需要一定的微积分知识
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by 牧鱼