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歼-20高速飞行时,为什么机翼会冒白烟?是突破音速的音爆么?

时间:2019-10-22 13:28来源:科罗廖夫 作者:中国航空


日前,中国空军在长春举行了庆祝空军成立70周年的航空开放周活动,歼-20双机表演的精彩的空中特技。有观众发现,歼-20低空高速飞行时,机翼后方会出现醒目的白烟,有人说这是战斗机超音速突破音障时产生的音爆现象。这是真的么?

 



其实,这不是突破音障时产生的音爆,因为超音速飞机突破音障时,带有很大声波震撼,所以一般不会在低空进行,超音速战斗机通常在上千米的高度以上才进行超音速飞行。如果在机场飞行表演时,进行低空超音速飞行,战机突破音障产生的音爆,会直接伤害现场的观众,也能对机场的地面设施造成破坏,所以这种白烟一定不是战斗机的音爆。

战斗机低空超音速引发音爆的破坏性较强。1977年,印尼的一个自由青年组织,在荷兰武装劫持了一列通勤火车。为了营救人质,荷兰空军的F104战机对火车站进行了几次超低空音速飞行,战机引发的音爆, 强大声波和气流,摧毁了火车站和列车的门窗玻璃,也让恐怖分子失去了行动能力,荷兰突击队趁机解救了人质。

所以,机场表演拉出的“白烟”,其实歼-20划过机场上空时,因为压缩空气中的水汽,而拉出的涡流。战机这种状态通常是由于空气中水汽引起的,跟是否超音速没关系。实际上,歼-20隐身战机飞行时除了机翼会冒白烟,它巨大的鸭翼、边条翼、垂尾都会冒白烟,这个白烟其实就是大量的小水珠,属于一种水汽凝结现象,往往在潮湿的天气环境下更容易出现。



首先,要知道空气中是含有水蒸气的,水蒸气是无色透明的,并不能被直接看见。而当水蒸气突然遭遇低压环境时,因为空气会在低压环境中迅速膨胀,从周边吸收大量热量,导致附近区域温度降低,此时水蒸气会因为遇冷迅速凝结成小水滴。突然形成的大量小水滴被外界直接看到的样子就是一团白烟/白雾。

所以,歼-20隐身战机飞行时机翼、鸭翼、边条翼等位置产生的白烟其实不过是大量小水滴罢了,它们的出现说明歼-20隐身战机相对应的位置形成了低压环境。


 



例如当歼-20隐身战机在低空进行小角度盘旋、横滚、跃升、高G转弯等动作时,它的鸭翼、边条翼、主机翼的前缘边条处会形成向上的涡流,此时会导致机翼前缘的上表面气压骤减,假如空气中的水蒸气比较充足,就很容易产生白烟。

军迷喜闻乐见的“音爆云”也是属于这种“白烟原理”的一种。“音爆云”只有战机在突破超音速的瞬间才有可能出现。战机飞行速度超过了音速,会产生强压力波/激波,它们的后方因为气压降低导致温度骤降,空气中的水蒸气就会凝结成大量水珠。

此时看起来战机的机身中部位置会被一圈云雾笼罩,形似战机穿上了天鹅裙,比一般的机翼冒白烟要更加壮观美丽,通常“音爆云”只能持续几秒钟,转瞬即逝。

机翼冒出的白烟、“音爆云”都是属于空气动力尾迹的一种,它们都和飞机的气动设计有关。需要把这种现象和飞机的废气尾迹、对流性尾迹、空中放油产生的白烟、飞行表演中拉出的彩烟等现象区分开来。

在低空飞行表演中,歼-20隐身战机比其他飞行表演的战机更容易、更频繁、更多部位会出现机翼冒白烟的现象,这主要得益于歼-20隐身战机的气动设计非常出色,它的棱形机头、鸭翼、边条翼、进气唇口、主翼都经过精心设计,善于产生脱体涡流,极大增加了歼-20隐身战机的亚音速升力系数,让它得以拥有更加优秀的机动性能。

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