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在天气晴朗的时候,我们仰望天空,有时看到高空中的飞机飞过之后,会在天空中留下一连串的“白烟”,这些白烟会随着时间的推移慢慢变粗变弯,有的甚至能持续1个小时以上。而我们在观看航空表演时,有的飞机会喷出五颜六色的“彩烟”,组合成各种形状和图案,甚是壮观。那么,这些飞机飞过之后留下的“烟雾”,到底是什么东东呢,是如何形成的呢?上面提到的飞机飞过之后产生的“白烟”和“彩烟”,其形成原理是不一样的,下面分别进行一下简单的说明。对于高空飞机留下的“白烟”,实质上是由于飞机的高速飞行,在周围气温和气压环境变化条件下,所带来的水汽凝结所致,被称为“凝结尾迹”。这里面包含着两种情况,第一种是由飞机燃料消耗产生的废气所致。喷气式飞机根据飞行路程的长短,其飞行高度有所不同,对于短距离的飞行来说,其高度一般在-米;而对于长途飞行来说,则高度则需要在-米之间,这个高度在地球的大气层中,基本处于对流层的中上部甚至达到平流层的底部。由于喷气式飞机的燃料为“航空煤油”,是一种由直馏馏分、加氢裂化和精制等组分、一些必要的添加剂所组成的轻质石油产品,与传统车用油品相比,较有稳定性强、不易挥发、燃烧充分、热值较高等优势。“航空煤油”的主要成分为烃类化合物,在燃烧的过程中,与其它石油产品一样,主要产物也是二氧化碳和水。燃料燃烧之后,从发动机车产生的燃烧产物,就会随着排气管道从飞机尾部排出。这些废气中的水一开始温度虽然很高,但在1万米的高空,周围大气层的温度下降到零下50摄氏度左右,同时高空中的气压很低,包括水蒸气在内的气体分子密度,与地平面相比已经非常稀薄了,也就是说吸纳水蒸气的能力大为减弱,这样所排出的水汽不能形成非常细小的水蒸气分子,只能以体积较大的液滴形式存在,这些液滴在低温环境下会迅速凝结成冰晶物质,在阳光的折射和反射下,从地面就看到了一串“白烟”,被我们形象地称为“飞机拉线”。形成“凝结”尾迹的第二种情况,是由飞机高速飞行时,对周围空气的扰动所引发的。由于机翼形状的原因,使得在飞机飞行时,机翼上表面气体的流动速度快,而下表面气体的流动速度慢,由于流动速度快的气体所产生的气压,会小于流动速度慢的,因此在飞机机翼的上下表面间产生了压力差,为飞机提供了一定的升力。在此过程中,在机翼的上方,由于气压的降低,会使原本含在空气中的水蒸气,因为过饱和现象而“析出”,聚集成液滴,进而形成冰晶,所以,在有的情况下,在机翼的附近也会形成这种“拉线”现象。那么,在高空中飞行的喷气式飞机,也不是任何时候都会形成“拉线”现象,这取决于所喷出废气与周围空气所形成混合气体的热增效应和湿增效应的强度对比,由于飞机所喷出的气体这两方面的物理性质是一定的,因此是否出现“拉线”,主要取决于周围大气层的温度、压力和湿度水平。总体上看,只有温度低于-40摄氏度,同时大气压力小、湿度大且空气层比较稳定的情况下,才会比较容易形成凝结尾迹。至于航空表演时,我们看到的飞机喷出的五彩烟雾,并不是由水蒸气而形成,而是事先将以硫酸酐为主要成分的拉烟剂,装入到表演飞机机腹下的拉烟吊仓之内,然后在飞行表演时通过氮气加压的方式,将这些拉烟剂通过拉烟喷嘴喷出,然后在高速飞行时产生的剧烈气流扰动、以及喷气口的高温气体作用之下,使拉烟剂产生雾化效果,我们在地面上便看到了五颜六色的“彩烟”。所以,从形成原理上看,高空喷气式飞机在飞行时产生的“白烟”实质上并不是烟,而是水汽凝结而成的液滴和冰晶,这种现象受高空大气的状态影响较大,并不是任何时候都能形成。而航空表演时我们看到的“彩烟”,则可以看作是烟,是为了满足人们的观赏需求,在飞机的特定装置内刻意添加的物质,在喷出时基本不受大气状态的影响,而且表演飞机距离地面都比较近,只要喷出,就很容易被人们所观察到。
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