- 北有云溪
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万里无云,或者有几许薄薄云彩的蓝天背景上,人们常常看到一些飞机拉出一道道优美的白烟。
很多时候我们看到的都是空军的战斗机,它们飞得很高,有时飞直线,有时飞曲线,恣意翱翔,白带跟随,美丽如画。
它们是在表演吗?那白烟是喷洒出来的吗?
不是。其实这只是战机在高空训练,后面的白烟不是特意喷出,而是在发动机尾气在空气中被动留下的尾迹,又叫尾迹云、机尾云,民间俗称飞机拉烟。
飞机形成尾迹的原因有几种,不能一概而论。
除了飞行表演的人为拉烟,这种被动拉烟,一种是废气尾迹,一种是空气动力尾迹,还有一种是对流性尾迹。
废气尾迹是最常见的飞机拉白烟现象。
这种尾迹又有两种原因,一种是废气凝结尾迹,一种是废气蒸发尾迹。
废气凝结尾迹
的产生原因,是飞机飞行时燃料消耗后的余热和水汽随废气排到飞机外面,遇到高空冷空气就凝结成水滴或冰晶,就会在飞机后面拖曳出一条长长的白烟状尾巴。
废气凝结尾迹形成的条件是高空和低温,一般飞机在8000米以上高空,温度在-41℃到-60℃之间才出现,高于-40℃或低于-60℃,就不出现这种尾迹了。
所以飞机在高空时,有时会有白烟,有时又没有白烟;有时飞机较低时断断续续产生白烟,飞得越高白烟越明显,飞到更高处反而断断续续,最后又没有了,就是这个道理。
废气凝结尾迹季节不同也有一些差别。一般冬天更多一些,夏天少一些。这是因为冬天气温更低一些,形成这种尾气的高度会更低一些,而夏天形成的高度更高一些。
废气凝结尾迹存在时间较长,其厚度可达2千米,存在的时间一般都在1小时以上甚至更长。尾迹较多的死法甚至会扩展成一片云层。
废气蒸发尾迹
一般发生在较低的空中,那里的气温没有达到凝结废气尾迹的条件,而飞机尾气的加热作用导致附近空气湿度减少,水汽蒸发,就会在白色云层中留下一条透明的缝隙,这种尾迹一般会在薄薄的云层中出现。
空气动力尾迹的产生过程。
这种尾迹产生是因为飞机在接近饱和的空气中飞行,由于机翼上下压差不同或螺旋桨顶端搅动形成的螺旋状空气漩涡,这种漩涡中心气压降低,凝结成小水滴而形成的飞机拉线。
这种拉线与发动机尾气不一样,一般在较低空中形成,而且不是出现在飞机发动机喷口,而是出现在机翼的两个尖端,拉出两道凌厉的白线,就像两道剑气,十分壮观。
这种尾迹时间很短,会很快消失。
对流性尾迹产生原因。
这种尾迹也与飞机喷出的废气有关。前面说的废气凝结和蒸发尾迹不同的地方,就是一般发生在较低空状态,飞机喷出的尾气与空气混合后,由于对空气进行了加温,而导致空气上升形成的白色烟雾状尾气,这种尾迹会在飞机后面千米之处,比凝结尾气要宽很多,而且维持时间更长。
以上时飞机飞行过程中产生的自然现象,还有两种非自然现象产生的尾迹。
一种是空中放油,还有一种就是飞行表演人为拉烟。
空中放油是因为载荷的燃料有多,超过飞机允许的降落重量,必须在空中放掉多多余的油料。
飞机在设计时,都有一个最大起飞重量和降落重量。起飞重量一般都大于降落重量。
比如A380的最大起飞重量是560吨,而其最大降落重量只有386吨。
飞机的最大降落重量不但要确保飞机结构能够安全降落,还要保证飞机发生中止降落而复飞时,或遭遇发动机故障的前提下,客机能够顺利爬升。
所以飞机在起飞时,都根据需要到达的目的地而加好油,但这些油如果没有使用到一定的量,在降落时就会负载过大,而对飞机起落架和其他构造造成损害,甚至发生重大事故。
但飞行有时总会发生一些意外,导致飞机无法到达目的地或者返航,这样油料就会有多,就必须在空中放掉一部分。
飞机放油有专门的释放口子,会把燃油加压粉碎到很小雾滴释放,将给环境和地面的污染降到最低程度。
这样飞机在放油时就会出现拉烟现象。
还有的战斗机会在放油的同时点燃烧掉。
飞行表演的各种拉烟活动就是人为制造的效果了。
在一些航空表演上,我们常常看到一架或数架飞机,在天上作着各种优美的动作,时而合为利剑直插云霄,时而翻飞散开,繁花怒放。这些飞机拖曳着姹紫嫣红的彩色烟带,像仙女的霓裳飘带,美艳壮观。
这就是表演拉出的彩烟。这种彩烟是将某些化学试剂装在高压容器里,当飞行员开启这些容器阀门,这些化学试剂就会喷射出来,与空气中的水汽结合成烟雾。
不同的配方就会呈现出不同的颜色。就像我们看到夜空中放的彩色焰火礼花,就是根据不同化学配方制成的。
用柴油在飞机喷气口喷出,利用飞机喷出废气燃烧出白色烟雾,是各国惯用的最常见拉烟技术。
各国对于彩色拉烟方式和配方都有自己的特种技术,因此一般都会保密。但要拉出好看的烟雾并不难,难的是既要拉出好看的烟雾,又要无毒无害对飞机安全的环保配方。
网络上有人晒出各种配方,也不知真假。咱科普不是科学研究,就不穷究这玩意了。
总之飞机在天上产生的拉烟有很多原因,最主要的就是以上那些原因。
飞机拉烟对军事研究和环境都有很大影响。
比如在军事上,飞机拉烟既有利于发现地方飞机踪迹,也容易暴露自己,因此是一把双刃剑。
这样,在战争中,各方都会研究减少尾气拉烟的方法,从掌握出任务的天气状况、高空温度状况来避免拉烟现象,从飞机发动机和外形设计等诸多方面来尽量减少尾气影响,以隐蔽自己。
有科学研究认为,飞机拉烟结成的冰晶会散射阳光,让阳光减少对地表的照射。
日益增多的飞机对大气造成的拉烟效应,给气候和温度造成了一定影响。
一些科学家曾经对美国“911”时期限定飞机起飞的几天气温进行了分析,发现在飞机滞留地面的一段时间,白天和晚上气温提升了3℃。
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飞机拉出的白烟被称为飞机尾迹。就是因为飞机发动机喷出的高温气体与空气中的水蒸气混合后气化迅速凝成小冰晶,这种特殊的现象就是飞机冒白烟。只有喷气式飞机在-20℃以下才能够产生该种现象,如果不是这样的飞机,不在这样的飞行条件,就不会有白烟产生。
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白烟分为两种:一种是废气凝结尾迹,一种是废气蒸发尾迹。废气凝结尾迹形成的条件是高空和低温,一般是指飞机在8000米以上高空,温度在零下41℃到零下60℃之间才出现,高于零下40℃或低于零下60℃,就不出现这种尾迹了。
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这是因为他们排放的物质不同。有的它排放出可以形成浓烟的二氧化碳。有的却没,用的环保能源。