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航空趣事:你见过飞机发动机“尿尿”吗?

2015-4-15 09:24| 发布者: 温江刚哥哥| 查看: 235| 评论: 0

摘要: 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 ...

航空趣事:你见过飞机发动机“尿尿”吗?

航空趣事:你见过飞机发动机“尿尿”吗?

  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。  一些客机或者战机,当它们静止在跑道上,或者缓慢地行驶在跑道上时,发动机前有时会产生一道类似龙卷风的神秘气流,它们是怎么形成的呢?对飞机是否有危害,又如何避免呢?

  在说其原因之前,咱们还是先来欣赏一下飞机发动机的杰作,一饱眼福。

“波音YC-14”,你这是在玩杂技吗?

波音C-17环球霸王III

再从远处欣赏一下,“c-17环球霸王”带来的神秘气流

“热气”腾腾的样子,似乎吸得很过瘾嘛,又像是飞机在倒开水,或者像……

驾驶员:嗨,发动机,你到底吸完了没(或者拉完了没)?我要起飞啦!

 

神秘气流的成因

  托互联网的福,这些年很多人才有机会看到这种神秘现象。然而,一个惊人的事实是,国外对发动机前产生的这种神秘气流的研究,其实已经有超过六十年的历史了。

  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。

地面涡形成简单示意图

  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。

若发动机接近机身,在机身上也会形成涡流

  实际上,上图中,就算没有机身产生的那一条涡旋,地面涡也可以同时产生几条涡旋,而不只是一条。

神秘气流为何不常见到?

  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。

  我们知道,龙卷风的中心转速最快,跟龙卷风类似,发动机产生的地面涡也是这样的。

  气体产生的涡旋都有这样一个特征,即,越接近中心,转速越快。从上面的gif图中可以看出,外围的红斑没有里面的红斑转动得快,而里面的红斑又没有内部的箭头转动得快。

  根据伯努利定律,在等高流动时,流体速度越快,气压就越低。

  机翼上方的空气流速大于机翼下方,所以上方的气压小于机翼下方的气压,正是这个压力差让飞机得以起飞

  而气压越低,温度就越低,所以,地面涡产生时,涡流的中心由于低气温,水蒸气发生凝结,变成了白色的雾气,这才变得可见。

地面涡对发动机有危害吗?

  对于发动机产生的地面涡,10个人里面估计有9个人乐见其成,因为它太好看了,很神奇。然而,对于飞机制造商来说,这看上去很美的现象,却是需要极力避免的。

  现在的客机,为了增加载客量,翅膀越做越大,越做越长,后果是,在飞行时,长长的机翼很容易向上弯曲,这会带来升力的下降和一些安全隐患。

  所以,为了让机翼减少弯曲,一个妙招儿就是:把笨重的发动机吊在机翼上。这种办法,不仅能减少机翼弯曲,还有一个益处,就是发动机远离机身,乘客听到的噪音会大为减少。另外,吊在机翼上的发动机,离地面更低了,这样也便于维护(你可以脑补一下,每次维护发动机都需要爬梯子的窘境)。

  然而,凡事有利也有弊,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。

雪沫被吸入发动机

这款发动机真抗造

这款发动机更抗造,什么都敢吸!

 

怎么避免地面涡?

  为了避免地面涡的发生,飞机制造商也没少折腾。

  一是,把发动机尽量抬高一些,但是,这方法虽然管用,但不是每次都管用。比如下图中,这个发动机其实已经很高了,依然会产生地面涡。

  二是,把发动机的部分气流引出来,吹向产生地面涡附近的地面。此方法经试验表明,简单易行,效果显著。只是,这增加了发动机的成本,也减弱了发动机的效率,终究不是完美的解决方案。

从发动机引出部分气流吹向地面涡示意图

  虽然防止地面涡带来的危害还有别的办法,但有一个大家最容易理解并且大都想得到的简易办法是,多请几个清洁工,把客机跑道打扫得干净一些,再干净一些。毕竟,涡流本身不会对发动机有损害,带来损害的是涡流中夹杂的那些被吸取的异物。


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