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超音速飛行的奇蹟：何謂收斂—發散噴嘴？
在航空工程中，噴嘴的設計與製造扮演著至關重要的角色，尤其是在推進系統中。
現今的噴嘴設計多樣，最著名的莫過於收斂—發散噴嘴（C-D 噴嘴）。這種噴嘴能有效地將氣體的內部能量轉化為推進力，對於航空器快速升空及高速飛行至關重要。其基本原理是利用氣體的壓力與速度之間的轉換，來達到噴流所需的速度。
噴嘴能夠將可用氣體加速至次音速、跨音速或超音速的速度，這取決於引擎的功率設定以及噴嘴的內部形狀。根據要求，噴嘴的內部形狀可能是收斂型式或收斂-發散型式。特別的是，收斂-發散噴嘴能在發散部分內將氣流加速至超音速，而收斂噴嘴則無法將氣流加速超過音速。
噴嘴除了能加速氣體外，還會作為下游的限制器，對於引擎設計中的重要性不容小覷。
根據其操作原理，噴嘴透過文丘里效應來將排氣氣體減壓至環境壓力，並形成推進噴流。若噴嘴的上游壓力足夠高，氣流將達到音速（即「持續堵塞」）。加速氣流的能量來自於氣體的溫度與壓力，氣體以絕熱方式膨脹，因此相對損失小，效率高。
在設計上，噴嘴的幾何形狀對於飛行性能具有深遠的影響。例如，傳統噴嘴分為固定面積噴嘴和變面積噴嘴，變面積噴嘴尤其在軍事飛機的加力噴嘴上應用廣泛，適應不同的飛行條件以維持最佳效果。至關重要的是，這些設計對於引擎的背壓功能尤為關鍵，因為它們影響著進入引擎的氣體流量與壓力。
不同的噴嘴設計不僅影響引擎性能，還關係到飛行器的整體操控能力。
在不同形式的噴嘴中，收斂型噴嘴與發散型噴嘴各有其特定的優勢。收斂型噴嘴多用於次音速飛行，當噴嘴壓力比超過臨界值時，即會導致氣流持續堵塞，壓力未能完全進行擴張至大氣壓。反觀發散型噴嘴則適合超音速飛行，利用流動繼續擴張以提高推力，這被廣泛應用於超音速航空器上。
隨著技術的進步，變幾何噴嘴被越來越多的引擎所採用。特別是在戰鬥機上，這種類型的噴嘴可依據飛行狀態調整噴口面積，以符合低速與高速的需求。當引擎運行在加力模式時，噴嘴尾部的面積會隨之擴大，這對於維持引擎冷卻和最大化推力至關重要。
在考量其他功能時，某些噴嘴設計中還融入了驅動推力反向的能力，這可幫助飛行器在降落時減速，保障安全。這類設計通常與噴嘴本身結合，以促進低速飛行的控制。
能否想像，未來的航空技術將如何應用這些基本原則，打造出更加高效的飛行器？
從噴嘴的多樣性和極端的應用背景中，各種設計都強調了噴嘴對於飛行器性能的影響。隨著技術的持續進步，設計方案也將不斷演變。然而，這些高科技發展的背後，仍然透過基本的流體力學原理在發揮作用。895
在如此快速變遷的航空技術中，我們不禁要思考：未來的航空器設計會給我們帶來什麼樣的驚喜？
