发动机前为何会有“龙卷风”?

来源: 蝌蚪五线谱

发布日期: 2015-04-08 08:53:24

文章详细解释了飞机发动机前产生类似龙卷风的神秘气流的成因,即地面涡流,并讨论了其对飞机的危害及避免措施。

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。

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。

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。

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。

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