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。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。若发动机接近机身,在机身上也会形成涡流。实际上,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。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。
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。
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。
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。