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在我們的日常生活中，相信大家總會(huì)看到飛機(jī)飛過拉過長(zhǎng)長(zhǎng)的白線，給蔚藍(lán)色的天空裝點(diǎn)了一抹神秘的白線，輝煌而神秘，給浩瀚無垠的天空增加了一種神秘的美。可能有人會(huì)誤認(rèn)為，這些白線是飛機(jī)排放的尾氣，實(shí)則不然，若是都是污染環(huán)境的尾氣，那污染可太嚴(yán)重了，從科學(xué)上來講，白線的構(gòu)成尾氣只占很少的一部分，白線多數(shù)由水蒸氣凝結(jié)而成。

在之前的科普文章中我們講解過，這種白煙是一種“云”，在航空飛行界和航空氣象學(xué)上稱之為飛行尾跡。這種飛行尾跡有多種成因，可能來自于飛機(jī)飛行時(shí)產(chǎn)生的尾氣，也可能是來自翼尖渦流，還有可能是來自凝結(jié)尾流，就是經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)加熱的空氣經(jīng)過飛機(jī)后與空氣中的水蒸氣相結(jié)合，類似于冬日中大家哈出白氣的原理，還有一種五彩繽紛的尾氣即空中飛機(jī)表演是拉出的彩色煙霧。

不同類型的尾氣

接下來，讓我們逐一區(qū)分以上不同類型的尾氣。

01

首先是飛行尾氣，這類尾氣顏色相對(duì)較深，就是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料過后所排出的黑色煙霧，與汽車尾氣類似。

02

第二種，就是我們提到的也是比較常見的凝結(jié)尾流，也叫凝結(jié)尾跡，飛機(jī)在萬米高空，飛機(jī)外面的溫度低至零下60℃，空氣流過發(fā)動(dòng)機(jī)被加熱，而離開發(fā)動(dòng)機(jī)后熱空氣遇冷凝結(jié)，產(chǎn)生白色軌跡。

03

第三種，經(jīng)常出現(xiàn)在閱兵儀式上，這是一種類似干煤油的物質(zhì)導(dǎo)入一個(gè)霧化裝置，通過染色裝置可以噴出彩色的煙霧。

04

最后一種，也是本次我們介紹的主角——翼尖渦流。

翼尖渦流是如何產(chǎn)生的呢？

機(jī)翼的下表面氣流壓力高于大氣壓，上表面氣流壓力低于大氣壓，在機(jī)翼比較寬的地方，或者說機(jī)翼中部，有高速氣流吹過來，那機(jī)翼下面的空氣就上不去，或者上去的很少。所以空氣的上下流動(dòng)對(duì)升力的影響就很小，可以忽略不計(jì)。在翼尖處，下表面的氣流會(huì)繞過翼尖流向上表面。這個(gè)流動(dòng)趨勢(shì)和來流疊加，就形成了螺旋的流動(dòng)，這就是翼尖渦流。在飛機(jī)后面，這些小的渦流混合卷動(dòng)在一起。在翼尖處形成兩組方向相反旋轉(zhuǎn)、向后流動(dòng)的自由尾流。從飛機(jī)的后方看，右側(cè)旋渦呈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，左側(cè)旋渦則呈順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

從力學(xué)角度來看，翼尖渦流會(huì)影響整個(gè)機(jī)翼表面的壓力分布，使升力減小，阻力增加。從機(jī)翼表面壓力分布的角度解釋，在翼尖處，沒有了機(jī)翼的阻隔，上下表面的壓力應(yīng)該是相等的，效果是翼尖處的升力為零。也可以理解為空氣從下表面跑到上表面，對(duì)下表面的高壓具有泄壓的作用，而對(duì)上表面的低壓具有增壓的作用，從而減小了整個(gè)機(jī)翼的升力。從動(dòng)量定理的角度看，升力的大小取決于機(jī)翼向下“排出”氣流的質(zhì)量和速度，而翼尖渦流可以看作是機(jī)翼下表面的氣流向上表面的泄漏產(chǎn)生的，也就是說有一部分空氣沒有被排向下方，而是跑到上邊來了，因此升力減小了。

翼尖渦流還會(huì)增大機(jī)翼的阻力。一般把翼尖渦流產(chǎn)生的阻力稱為誘導(dǎo)阻力。一般對(duì)誘導(dǎo)阻力的解釋是翼尖渦使氣流產(chǎn)生下洗效果，由于機(jī)翼產(chǎn)生的升力減小，而合力大小不變，增加了向后的分量，從而使機(jī)翼上的壓差力向后偏斜，這個(gè)向后的分量就是誘導(dǎo)阻力。而為了減少翼尖渦流的影響，許多飛機(jī)增設(shè)翼尖小翼，翼尖小翼可以減弱翼尖渦流導(dǎo)致的升力減小，它可以減弱翼尖渦流產(chǎn)生的誘導(dǎo)阻力，它還可以利用翼尖渦流，產(chǎn)生推著飛機(jī)往前飛的氣動(dòng)力。

翼尖渦流在飛行中能夠產(chǎn)生許多絕美的景觀，這既是力學(xué)之美，亦是現(xiàn)代科學(xué)與自然結(jié)合之美，讓我們一起來欣賞吧。

參考文獻(xiàn)

[1]（一）閑話翼尖渦 - 知乎

[2]【高職機(jī)務(wù)】飛機(jī)“尾氣”是什么？

[3]近期學(xué)習(xí) | 翼尖渦流以及翼梢小翼 - 拷貝

圖片源自于網(wǎng)絡(luò)和AI創(chuàng)作，僅供科普參考

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