战机翼尖、边条的白烟是如何让形成的？

沈沉

我们知道，飞机飞行时会产生翼尖涡，攻角较大时会在边条产生诱导涡（如下图）。但是为什么可以看见烟线呢，烟线是如何产生的呢？是气动加热后水汽冷凝吗，温度变化的机理又是如何的。与湍流有联系吗？
希望大家解释解释，谢谢各位。

通流

漩涡中心压力降低，温度也降低。不过大部分的飞行表演，烟应该是专门喷的。

沈沉

感谢通流版主的回复，原来是涡中心的温度突降，水汽冷凝引起的。
如果从涡运动理论出发，能否用较简单的解析方法定量计算温度下降的近似值呢？有时间去看看书。

[ 本帖最后由 沈沉 于 2011-6-1 14:18 编辑 ]

通流

这个不需要这么多理论。但是必须要有不少假设。如涡内部的速度分布，总的环量等。环量与飞机设计有关。因此做出来的模型和结果只能是定性的。趋势应该是可以的，或者说是很准的。

[ 本帖最后由 通流 于 2011-6-1 22:34 编辑 ]

沈沉

谢谢通流版主的指点。

周华

主贴这个图中的烟应该是人工施放的。

周华

原帖由 沈沉 于 2011-6-1 20:52 发表

                               
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感谢通流版主的回复，原来是涡中心的温度突降，水汽冷凝引起的。
如果从涡运动理论出发，能否用较简单的解析方法定量计算温度下降的近似值呢？有时间去看看书。

原则上用伯努利方程就可以算，但是这里的温度不是“突降”，而是连续的降低过程。前缘涡的稳定主要是沿涡核的轴向有一个较高的速度，从而造成旋涡内外层之间的压差，进而达到稳定流动结构的作用。根据伯努利方程，较高的速度对应的就是较低的温度。要是空气恰好处于饱和状态的话，温度降低就能让水汽冷凝，形成水雾。

凌白日

这个水汽不是人工加的，而是大边条翼造成的，同类的F18也有很多类似的图片。大边条翼可以显著提高飞机的大迎角机动性能。水汽的析出不仅和特定的飞机构型、飞行速度有关，还和当地大气环境有关，比如温度和相对湿度。

周华

原帖由 凌白日 于 2011-6-2 11:23 发表

                               
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这个水汽不是人工加的，而是大边条翼造成的，同类的F18也有很多类似的图片。大边条翼可以显著提高飞机的大迎角机动性能。水汽的析出不仅和特定的飞机构型、飞行速度有关，还和当地大气环境有关，比如温度和相对湿度。 ...

就是要达到饱和状态。

通流

这个可能真的不是人工加的。因为白色区域比较短，也就是说，很快就消失了。这与粘性造成的涡量的扩散是一致的。如果是人工加的话，烟似乎是应该拉得很长，也就是烟的产生与消失更流动没什么关系。

沈沉

原帖由 周华 于 2011-6-2 02:45 发表

                               
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原则上用伯努利方程就可以算，但是这里的温度不是“突降”，而是连续的降低过程。前缘涡的稳定主要是沿涡核的轴向有一个较高的速度，从而造成旋涡内外层之间的压差，进而达到稳定流动结构的作用。根据伯努利方程 ...

谢谢周站长的指导，高速度对应低温正是伯努利方程的推论。

周华

原帖由 通流 于 2011-6-2 23:52 发表

                               
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这个可能真的不是人工加的。因为白色区域比较短，也就是说，很快就消失了。这与粘性造成的涡量的扩散是一致的。如果是人工加的话，烟似乎是应该拉得很长，也就是烟的产生与消失更流动没什么关系。

嗯，是我判断错误。仔细看的话在翼尖部分也有轻微的水汽生成，所以应该是环境条件已经达到临界条件自然形成的水雾。

周华

原帖由 沈沉 于 2011-6-3 12:57 发表

                               
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谢谢周站长的指导，高速度对应低温正是伯努利方程的推论。

通流

如果用常用的Rankine涡的模型，那么核心区域可以看成等温等压。因为粘性是占主导地位的，而粘性和传热基本在一个量级上（普朗特数~1）。这是速度最高的地方是刚体旋转的涡与外面无粘的区域的交界处。既然速度最高，那么温度就最低，饱和压力也最低，最容易形成水雾。所以，我们是不是可以说水雾最早形成的地方不是涡的中心，而是离中心不远一个管道形区域。如果能够画出沿径向的速度分布，那么这个最早形成水雾的区域应该是在最大速度处稍微向外的一点的区域。那里比最大速度处的粘性小一点，压力高一点。
大家能从照片上判断我说的是不是对的？

[ 本帖最后由 通流 于 2011-6-6 20:27 编辑 ]

周华

原帖由 通流 于 2011-6-6 20:25 发表

                               
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如果用常用的Rankine涡的模型，那么核心区域可以看成等温等压。因为粘性是占主导地位的，而粘性和传热基本在一个量级上（普朗特数~1）。这是速度最高的地方是刚体旋转的涡与外面无粘的区域的交界处。既然速度最高，那 ...

有道理！