互动科普

飞机起飞时会产生危险的尾涡流，它有可能导致与之相隔时间太短的后起飞的飞机失事。一项针对尾流的研究正在积极地展开。

去年11月12日上午，美洲航空公司587次航班从纽约市肯尼迪国际机场起飞，当时机场上空一片晴朗，风速很低。几分钟之后这架空中客车A300-600客机在起飞途中飞机的垂直尾翼和方向舵与机身脱离，致使飞机坠毁。造成这次空难的部分原因，或许就是同一航道上刚起飞不到2分钟的日航波音747客机机翼所产生的强大的尾气涡流。如今，工程技术专家正努力寻求对策，探测危险的机尾涡流从而使飞行员可以避开，或是设计出不会危及后方空域的安全飞机。如果专家们能够如愿以偿，这些新技术就能够提高机场空管能力，提高机场的使用效率，从而在未来的岁月里降低飞机延误的机率，增加机场的商用客机流量。

由于尾涡流在无风的空气中能够持续数分钟之久，向后延伸达l3千米，因而美国联邦航空局按照飞机大小规定了先后两架飞机之间的最小安全距离。随后而至的飞机越小，就越容易机毁人亡。例如，“重型”飞机必须保持至少7．4千米的间距。然而，上述规定限制了一定时间内机场所能起飞的飞机数量，并且这一问题随着未来空中交通量的增大必然日趋严重。

有一个预警系统技术也许有可能降低尾涡流的危险性，那就是“苏格拉底方案(Project Socrates)。“Socrates”系“sensor for optically characterizing remote turbulence emanating sound”的缩写，意为“远方涡流致声光学显影感应器”。Socrates能测出不可见的尾涡流并将其显像，而后向飞行员和空中交通管制者发出警报。目前，位于康涅狄格州新伦敦的飞行安全技术公司(FST)正和洛克希德马丁公司一起研制该装置。据FST公司的总裁William B．Cotton介绍，该系统是用激光束照射机场跑道的上空，再照射到设在地面的反射镜上。他说，空气涡流所造成的声压液动(声波)会改变受扰地区的光速，这样激光束在发射源与反射镜之间的来回穿越时间就会略微出现变化。遗憾的是，实践证明，很难将这些微弱的声纹从四周的噪音中可靠地撷取出来，因此许多专家认为，这一技术近期还无法投入实际应用。

其他研究人员把研究焦点集中在产生涡流的源头——机翼的后缘。这种做法难度很大，因为涡流域的变化模式非常复杂(就是科学家所说的非线性变化)，难以预测。此外，据一家工程技术咨询公司连续体动力学公司的总裁Alan J．Bilanin分析，飞机实际上会产生好几处涡流——尾翼、副翼、操纵面以及气压骤变的其他区域。他解释说，“减少机尾涡流的关键，是使构成机尾涡流的两对或几对涡流不稳定，而且要容易迅速消散。”为了产生这种结果，一种办法是沿着翼展重新分配气动力负载，或是设法利用机尾水平稳定翼所产生的涡流。

欧洲空中客车公司的空气动力学专家Klaus Huenecke已开发了一项“被动式”设计技术，以所谓的定制式涡流为基础。该公司期望在研发中的超大型喷气式客机A380上采用这种技术，不然这种型号的机会产生强大的尾涡流，绵延的长度可能比目前最大型的客机产生的还要长30％。

连续体动力学公司与波音公司的设计则更进一步，以“主动”形成的涡流在机尾乱流中诱发晃动，即“波动”，从而加速机尾乱流的溃散，使之也许只能绵延2.8—3.7千米消散掉。连续体动力学公司根据精密计算过的时程，增添了小型气动力补翼来产生气流微扰，以消散涡流。而波音公司则想利用现有的机翼和尾翼操纵面，使之在约20°的幅度内彼此协调地上下转动，从而扰乱尾涡流。

Bilanin提醒我们说、这些系统要派上用场还需要长达10年的时间，因为几乎可以肯定，这必须脱胎换骨地改变飞机的设计。事实上，要对现有飞机设计作任何修改，就要煞费周折地对诸多方面反复权衡，包括性能、载客量、噪音、机械复杂程度、运行与维修成本以及安全性。他还评论说，“除非能够证明这样一来能够增加飞机的销量，否则制造商不会在这方面做任何事。”正如一位研究人员所说，一种技术要是“只有利于你后面的人”就很难说服人采用，这是很显然的。

尾涡流的成因

正如同行船会留下尾流一样，飞机也会在其后的空气中造成涡流。船桨从水中划过时会产生一个个漩涡和一股股涡流（由于水流从船后向船前打旋)，机翼也一样，在从空气中划过以产生升力时，也会产生螺旋状尾涡流。美国波音商用飞机集团公司的Jeffrey Crouch解释说：“由于机翼面积有限，空气在由机翼下面向上面流动时，就会形成螺旋气流，由近机身处向外卷。”虽然通常尾涡流肉眼看不到，但有时它也会显现为凝结尾迹——一阵阵喷出来的东西，是因燃料燃烧而产生的水蒸汽遇冷凝结成冰晶而形成的，它们被夹杂在涡旋的气流中。

【郑小石／译 李爱珺／校】