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航空趣闻:与飞机有关的神秘景象

发布日期:2019-08-16 07:17   来源:未知   阅读:

  在沙漠地区操作的直升机,在起降时,沙子微粒会和直升机螺旋桨的金属材质高速摩擦,产生静电火花,在夜间看起来特别神奇。其实这就是摩擦带电效应(Triboelectric effect)的一种表现形式。

  这种静电一般不会对直升机飞行造成安全隐患,不过地面加油时可要小心了,一定要接地释放静电。

  2009年,摄影师迈克尔·杨将这一现象称为“科普-埃切尔斯效应”,并以在阿富汗战争中阵亡的美国下士本杰明·科普和英国下士约瑟夫·埃切尔斯名字命名。

  一直以来,这些神秘气流形成的原因,都藏匿于写满无数公式的论文中,所以,很多人虽然对现象啧啧称奇,但对其背后的原因却不是很了解。有人开玩笑说,这是发动机在尿尿;还有人,没有经过多少思考,就拍脑袋说,这是飞机在放油。

  实际上,这种现象叫作“地面涡流”(Ground vortex),简称地面涡。既然是一种涡流,这就好理解了,龙卷风就是一种涡流,而地面涡的形状跟龙卷风也很神似,像一条小白龙。

  当发动机的进气口吸气时,空气从四面八方进入进气口。由于发动机贴近地面,使得贴地气流的流动受到限制,此时,如果有侧风吹过,上升气流开始扭动,继而快速旋转,于是涡流就形成了。

  要形象地理解地面涡的形成过程,我们可以这样想象,也许不是很恰当,但有助于大家的理解。

  想象一下,发动机高速转动时,其周围大量的空气被吸走,导致发动机周围(包括地面)气压很低,因此,远处的空气得赶紧跑过去填这个“坑”;在跑过去的过程中,空气的步伐越来越快,当它跑到发动机口下方时,按理,因为惯性,它依然有保持向前冲的趋势,但是,上方发动机的进气口产生强大吸力,及时拉住了它(空气),空气没办法,只好扭转身体,并向上走,扭转着,扭转着,涡流就形成了。

  你也许乘机无数,却从未看到过这种神秘气流。不过,不要因此就怀疑你如此“不幸”,所乘坐的客机都没有地面涡形成。其实,在晴朗干燥的大气条件下,地面涡也会产生,只是你看不见而已。只有在大气湿度很高,或者地面潮湿时,你才能轻而易举地发现地面涡的身影。因此,下雨后去乘机时,你可以找个合适的角度仔细观察一下。

  需要指出的是,这种现象虽然神奇但却是需要极力避免的。发动机的这种安置位置,因为离地面更近,导致它更容易产生地面涡。地面涡就像龙卷风一样,会产生强大的吸力,如果地面有颗小螺丝钉或者一枚硬币,那么这将是发动机的噩梦。就算地面没有杂物,只是吸入过多水汽或地面沙尘,其对发动机的磨损也很厉害。

  当物体接近音速时,会有一股强大的阻力,使物体产生强烈的振荡,速度衰减。这一现象被俗称为音障(Sound Barrier)。

  突破音障时,由于物体本身对空气的压缩无法迅速传播,逐渐在物体的迎风面积累而终形成激波面,在激波面上声学能量高度集中。这些能量传到人们耳朵里时,会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声,称为音爆(Sonic Boom)。

  “音爆”只有在飞机作超音速飞行时才会出现。飞机在超音速飞行时产生的强压力波,传到地面上形成如同雷鸣的爆炸声。

  在突破音障时伴随的一个奇特现象便是“音爆云”,这是由于在激波面后方由于气压降低而引起温度降低,水气凝结形成微小的水珠,看上去就像云雾一般。这种云雾通常只能持续几秒钟,激波现身,转瞬即逝。音爆云是国内对这种现象的一个俗称,专业描述为Prandtl-Glauert condensation clouds。

  因此,音爆云常见于战斗机和舰载机。在海面上空气非常湿润,激起的云雾更大更漂亮。就像给飞机套上一件天鹅裙,不过没有优雅的感觉,反而是近乎疯狂。如果能亲眼看到,场面一定很壮观。

  现在,民航客机越来越多。高海拔的飞机尾流也越来越多了。这样的飞机尾流总是又窄又直。在尾端,尾流慢慢融化到天空中。淡淡的没有痕迹,我们只能在心里回想它的靓丽。大家都见怪不怪了吧……但是,就像下图展现的那样,喷气飞机的凝结尾流很漂亮。

  飞机尾流,是飞机发动机排出的废气和周围冷湿空气混合后产生的水汽凝结现象。