飞机身后的“烟雾”是怎么回事？

在我们的日常生活中，我们经常在飞机起飞后看到天空中有一条或几条长长的“白烟”。在飞行表演中，我们可以欣赏到飞机尾部发出的五颜六色的“彩色烟雾”，这种烟雾在空中呈现出美丽的图案，十分凉爽，令人眼花缭乱。

图1——甚至飞行路线也是爱你的形状(照片来源:wonderopolis.org)

事实上，“白烟”和“有色烟”都不是真正的“烟”，它们的生产原理也大不相同。它们是如何形成的？

高冷“白烟”

太阳太热了，我们经常发现冰棒在吃的时候会散发出“白烟”。学过物理的人对此不会不熟悉。所谓的“白烟”实际上是空气遇冷时水蒸气凝结而成的。在大多数情况下，飞机在空中留下的“白烟”是一样的。

现代飞机基本上使用航空煤油作为燃料。它是以加氢裂化煤油馏分或直馏煤油馏分为原料，经精制、水洗后，与适量抗爆抗磨剂混合而成。航空煤油含有大量的芳烃、烯烃和其他烃类，燃烧后会产生大量的气态水。高温水蒸气通过发动机的尾喷管喷入空气中。当它遇到大气中的冷空气时，它会被迅速冷却和加湿，并在千千凝结成一千万个小冰晶，从而在飞机引擎后面形成一条长长的白色尾巴。这条尾巴通常被称为“飞机烟”，在航空气象学中，它通常被称为“飞机尾迹”、“凝结尾迹”或“尾迹云”。

细心的蝌蚪网民们一定已经注意到，飞机不会每次飞行都冒烟。例如，在纪念武装部队成立90周年的阅兵式上，当英勇的歼-20飞过时，我们没有看到尾流。这就有必要提及形成尾流所需的飞行条件和气象条件。

图由于飞行高度低，阅兵仪式上的j-20没有形成尾流(照片来源:北京时间网)

飞机冒烟的现象通常只发生在喷气式飞机上。然而，喷气式飞机能否冒烟取决于飞机表面的温度和高度。一般来说，只有当飞机周围的环境温度很低时，才会出现冷凝痕迹。这里的“非常低”有多低？答案是零下40摄氏度！因此，飞机必须在近10，000米的大气中飞行才能达到这个温度要求。

能形成尾流的大气在航空中被称为“烟层”。它的高度受气温和湿度的影响。盛夏时，烟层的下限高度远高于冬季。尾流一般在空气中可以持续大约30到40分钟，在条件有利的时候甚至可以存在超过1个小时。这就像人们走路时留下的脚印。它不影响客机的飞行安全，但对于战斗机来说，很容易暴露飞机的数量、位置和轨迹。因此，战斗机在执行军事任务时会尽量避免烟雾层。

图尾流对客机来说可能意味着美丽，但对战斗机来说却意味着危险(照片来源:www.airliners.net)

辉煌的“彩色烟雾”

与飞机刻意避开尾流不同，在特技表演中，为了让观众能够清晰地观看飞机各种惊险动作的运动轨迹，亲身体验飞机的性能和飞行技巧，飞机会拉出一条条红色或蓝色、黄色或绿色的优美“彩色烟雾”。“有色烟雾”的形成原理与尾流完全不同。

我们知道，硫酸酐(三氧化硫)溶解在水中形成硫酸雾，并放出大量热量。人们利用这一原理将液态硫酸酐放入高压容器中。当飞行员通过发烟剂应用控制系统喷射硫酸酐时，硫酸酐将迅速与空气中的水蒸气反应生成烟雾。通过向高压容器中加入不同颜色的成分，将会放出不同颜色的烟雾。

图研究人员在地面测试中进行烟拉力测试(图片来源:参考文献

图2015年9月3日，在纪念抗日战争胜利70周年的阅兵式上，歼-10采用了一种新型液体彩色烟剂(图片来源:新华社)

景观还是危险？

飞机在空中留下的“烟雾”壮观而迷人。然而，这些“烟雾”是美丽的，但它们对大气环境有很大的危害。

尾流的结构类似于卷云。它们都是由大量的冰晶组成的。由于每天有成千上万架飞机在空中穿梭，不可避免地会出现影响天气的人工云效应。科学家发现频繁的飞行活动导致了欧洲和美国部分地区云层的增加。一方面，这些人造云反射来自太阳的光，使地球变冷，另一方面，它们吸收来自地面的红外辐射，使大气变热。

也许一些朋友会问为什么喷气式飞机不允许在烟雾层下面飞行。事实上，飞机排放的废气不仅含有水蒸气，还含有大量有害物质，如二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物。虽然飞机降低飞行高度后可以避免尾流的形成，但飞行造成的污染却无法消除，因为燃油消耗也会增加。

幸运的是，各国*和科学家对此给予了广泛关注，并相信在不久的将来，人们将能够妥善解决飞机造成的环境污染问题。

图飞机的“彩色烟雾”很美，但飞机排放的废气会对环境造成损害(照片来源:Sina.com)

参考:

贾忠虎。飞行原理基础[M]。北京:国防工业出版社，2016。

[2]刘，，陶厚生。编织与实践笔记——揭示我军第二代彩色烟雾弹的秘密[。航空知识，2007(8): 444。

[3]周毅。《飞机排烟对大气环境的影响》，[。气象知识，1997(2): 10-11。