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。

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。



“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？我要起飞啦！

01  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。

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。有人没有经过多少思考就拍脑袋说，这是飞机在放油。

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，按理说因为惯性，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

实际上在上图中，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。


02  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。从上图可以看出，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，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。


03  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。


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！

04  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了那些被吸取的异物。

来源：沐风机械