阅兵中飞机拉出的彩烟 究竟是怎么一回事?

北京上空各式飞机开始彩排,很多人用手机拍摄到了壮观的飞机彩色拉烟,并上传到各种社交网站。不少人好奇,这飞机的彩色拉烟是怎么弄的?有毒吗?它跟平时见到的飞机拉烟有什么区别?


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抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年大阅兵的日子一天天临近,8月23日,北京上空各式飞机开始彩排,很多人用手机拍摄到了壮观的飞机彩色拉烟,并上传到各种社交网站。不少人好奇,这飞机的彩色拉烟是怎么弄的?有毒吗?它跟平时见到的飞机拉烟有什么区别?

拉烟必不可少

除了大阅兵,几乎每次航展都会看到飞机拉彩烟,为什么?有什么用?

很简单,在观赏性上,飞机好,真不如彩烟好!

飞机在高空各种翻飞,各种高难度机动,速度又快,一闪而过,观众其实看的不是很清楚,怎么办?得有一条轨迹线!告诉下面的观众:看清楚啦,我刚才翻了一个跟斗啦!

开始的飞机拉烟,颜色很单调,大都是白色,后来,人们当然进一步想到,何不如弄彩色,那得多绚丽!事实如此,彩色拉烟壮观极了,它常常是航展最亮丽的风景之一。

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那么,彩烟是怎么弄出来的呢?是不是飞机装一大箱彩色颜料,飞到高空后,然后抛洒?可没有这么简单。

各国的彩烟配方都是一个小秘密,没有谁公布出来。10年多前,也就是2004年10月,法国空军的“法兰西巡逻兵”飞行表演队在我国北京南苑机场进行飞行表演,于是,我国专家通过空军有关部门试探性向他们提出索要一点儿彩烟剂样品。法方人员非常“痛快”,马上从飞机的吊舱中取出一小桶烟剂交给我们,但是拿回来一检测,这只不过是一小桶柴油类的白色烟剂而已,并不是彩色烟剂。聪明的法国人既有礼有节,又没有让我们得到彩烟剂。

我国之前虽然也有彩色烟剂,视觉效果也不错,但它不环保,有毒,采用二甲苯和四氯化酞等剧毒物质作为燃料溶剂,这些物质喷洒在空中,极其不环保,当时的地勤人员加注彩烟剂时还得佩戴防毒面具。

另外,有毒的彩烟剂会让我国的飞行表演队难以走出国门,因为你有毒!所以,自行研制一种非常环保,同时颜色又特别艳丽的彩烟剂成为一种较迫切的需求。为此,我国北空装备部成立课题组进行研究,最终研制出了新一代环保无毒的彩烟剂。

彩烟剂的一般材料

各色彩烟剂中,白色的最简单,使用柴油、润滑油、煤油甚至豆油等油液,都可以制成白色烟剂。而要制成其他颜色的彩烟剂难度就要大一些,需要使用高沸点的液体,再配以各色染料才能混合制成。

在实验中,为了追求极致的环保,我国曾将食用的豆油加上各色染料制作彩烟剂,但后来发现存在一个问题,豆油在高温下会发生碳化,以致阻塞喷嘴。后来,我国课题组采用了另一种环保无毒的材料来替代豆油。这种材料的配方是什么呢?其他国家都没有公布,我们当然也没必要公布出来,至少是,笔者没查到相关资料。

怎么喷

不同的飞机有不同的方式,因为飞机不同,其采用的发动机也不同,有早年使用的涡喷发动机,还有现在的涡扇发动机,但其基本原理是一样的,即利用发动机喷出的热气,加热高沸点的溶剂并使其升华,生成大量的烟,溶剂中的染料不一样,就喷出了颜色不一样的烟。说出来似乎很简单,但其实不是这样的,北空装备部找其他化工机构和厂家共同研制这种环保无毒同时颜色非常亮丽的彩烟剂时,不少机构论证后,很多知难而退。

彩烟跟平时的飞机拉烟有啥区别

无论是客机还是战斗机,大家经常会看到飞机拉白烟,他们的原理与拉彩烟完全不同。下面,我们挨个儿说。

第一种情况:那是飞机放油形成的。

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图为2012年,我国歼-20战机试飞时进行空中放油的情景。(图片来自网友“中南海保镖”)

空中放油最主要的作用是为了以一个更轻的重量来着陆。这个不仅适用于各种战机,更广泛应用在客机上。客机在设计的时候,都有一个“最大着陆质量”,如果飞机在降落时超过这个“最大着陆质量”,那么起落架就可能受损,严重的情况,飞机也会有危险。客机起飞前,都是提前计算好到达目的地时飞机的重量,经过长途飞行,到达时,燃油正好用的差不多。但是,常常会有这样的情况,客机起飞后,本来是要跨洋飞行的,但是如果此时飞机受损,或者出现其他紧急情况,必须返回时,那么此时,燃油就显得太多了,必须放掉。

第二种情况:翼尖涡流造成的。

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图为“波音777-300ER”降落时产生的翼尖涡流

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图为F/A-18C大黄蜂战斗机翼尖产生的翼尖涡流。

翼尖涡流的原理不难理解,机翼上方的空气流速很快,带来的结果是机翼上方的压力小,机翼下方的压力大,于是,空气会有一个往机翼上方窜的趋势,也就是漏气,漏气的地方通常发生在机翼的翼尖处。

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机翼的翼尖处,空气往上卷曲。

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上图表示机翼下方的空气有向上跑的趋势,最终在翼尖产生一个翼尖涡流。

当空气中的水蒸气比较多,湿气比较大时,较容易看到翼尖涡流。因为翼尖涡流是高速旋转的气体,而气流运动速度越大,气压越低,所以翼尖涡流内部的气压很低,在一定的条件下,温度与气压成正比,气压的突然降低,会带来温度的骤降于是翼尖涡流里面的水蒸气就凝结成小水珠,变成你看到的飞机拉线。

第三种情况:凝结尾

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图为空客A340-300喷气式客机产生的凝结尾。

凝结尾又叫飞机云,它是由飞机引擎排出的浓缩水蒸气形成的可见尾迹。

飞机使用碳氢燃料,其燃烧后的主要产物为二氧化碳和水蒸气。在海拔很高的低温的环境下,通常在海拔8000米以上出现,那里的温度低达零下40摄氏度,发动机的尾气就会发生凝结,从而就会形成凝结尾。

仔细观察就能发现凝结尾和翼尖涡流的区别。前者发生在飞机发动机的后方,有几个发动机就有几条凝结尾,且是在高空。而后者,也就是翼尖涡流,其通常发生在机翼两端,且通常在低空。

【参考资料】

刘飞保、陶厚生,《织练记——我军第二代彩烟剂揭秘》


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