飞机也小便？多图解密

快乐奋斗

你看到的飞机“尿尿”，其实是一种神秘气流



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，这导致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。实际并非如此。
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？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。（注：括号内为图注）


（“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！）
[size=; font-size: inherit,inherit]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。
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。
[size=; font-size: inherit,inherit]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，运气好的话可以看到。
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，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。
[size=; font-size: inherit,inherit]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。


（波音787测试时，机翼可向上弯曲7.9米）
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！）
[size=; font-size: inherit,inherit]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。
[size=; font-size: inherit,inherit]（作者注：本文是为解答“寒木钓萌”头条号发布的前一篇文章中，不少网友就某个问题的疑问所发。）
[size=; font-size: inherit,inherit]参考资料：
1、http://www.wpi.edu/Pubs/ETD/Avai ... h_Thesis_Report.pdf
2、地面涡研究—马申义
（本文原载于“蝌蚪五线谱”）    作者：寒木钓萌（

科普作家）

lefoly

做这么久机务，有些还真不知道!

13508609271

飞机也要嘘嘘！

枫冲

你也是个逗逼

xulin974814

长知识了，以前不懂的

skyexam2

谢谢楼主分享

clark741

這還真是特別 長知識了

lulucheng

过来学习下。

济南考点

感谢楼主分享

qq1064681991

哈哈 好逗   

浅眸流年

受教了谢谢LZ

睡觉了

学习了，。。

贾小宝

长知识了！

xkxu_03

网速不行 图片出不来呢

海阔天空555

很好看，感觉很神秘

习以为常

好漂亮的自然现象

wzhong

楼主这解释和配图，屌爆了

驿使梅花

感谢楼主科普 涨姿势了

追风的人

哈哈 飞机上可以看到很多意向不到的图片

1052934654

空气动力学的原理。。。

sx2baohong

747是大飞机

表示从来没见过！

aircraftboy

长知识了，好看

追风的人

zhe这是吸入的气流吧

heroyanzi

长知识了！  看得好爽！！

mucken

人都能吸进去，别说是气流了，这事很正常的现象

396180019

涨姿势了

aircraftboy

长知识了

智者愚者

长知识了

pagliacci

话说送飞机的时候，下雨下雪经常能看到这种现象 啊

a12431

试车经常见，挺担心的，现在明白了