尾流

尾流又称尾涡。不同颜色的两层粒子处于临界流化状态时，观察床层内气泡的上升过程。可发现气泡底部的低压区有夹带粒子向上运动的能力，即在上升气泡的下部存在着一个以同样速度，随着气泡一起上升的颗粒群，称为气泡尾涡。尾流中随气泡到达床层表面的颗粒，在气泡崩破时散落在床层表面，尾涡是床内颗粒激烈运动的主要来源。尾流是航空器在飞行过程中在其尾部形成的气流。

中文名：尾流

外文名：wake

又称：尾涡

分类：滑流

类型：紊流

1、简介

尾流是指运动物体后面或物体下游的紊乱旋涡流，又称尾迹。流体绕物体运动时，物体表面附近形成很薄的边界层涡旋区。如果物体是象建筑物或桥墩那样的非流线型物体，流动将从物体后部表面分离，并有涡旋断续地从物体表面脱落。这些薄边界层或分离流涡旋区将顺流而下，在物体后面形成紊乱的，充满大大小小旋涡的尾流。如果物体是钝体，尾流能保持很远距离，并对处于尾流中的其他物体产生影响。

在远离物体下游处，尾流可用边界层理论进行分析。以下只限于讨论低速湍性尾流。附图所示为圆柱后面的平面湍性尾流流型。其中虚曲线表示尾流边界。从图上可以看出，由于物体的阻滞作用，尾流中速度将“亏损”（即减小）。从速度分布看，尾流象是反过来画的射流，而且在远离物体的下游处，尾流的亏损速度（用△ū表示）分布也具有相似性，即△ū/△ūmax≈f（y/b）式中△ūmax为最大亏损速度。b为尾流宽度的一半；y为纵坐标。但是，尾流与射流根本不同。尾流的对流加速度比射流大得多。由边界层方程推出的尾流方程也不一样。H.施利希廷根据混合长和相似性等假设，求出平面湍性尾流的解。其主要结果如下：

①尾流宽度同到物体的距离的平方根成正比；

②亏损速度分布为：

③尾流中心最大速度亏损同上述距离的平方根成反比。当这一距离很大时，尾流速度亏损可以忽略。

对于三维物体后面的尾流可作类似的分析。在高速尾流中应当考虑流体的可压缩性影响。在高超声速尾迹中则发生一系列物理化学现象，其分析方法根本不同。

2、飞机尾流

尾流的分类

①滑流：由于螺旋桨飞机的螺旋桨高速旋转而产生的尾流。

②紊流：飞机机翼表面由于横向流动的气流而产生的尾流。

③喷流：喷气发动机飞机的发动机产生的高温、高速尾流。

④翼尖涡流：飞机机翼翼尖处产生的尾流。翼尖涡流是航空器在飞行过程中形成的尾流的主体部分。由于机翼翼尖处有自下而上翻动的气流，从而以翼尖为中心形成高速旋转并向后、向下延伸的螺旋形气流。机翼两翼尖形成的两股涡流的选择方向相反，在两股涡流内侧形成强大的下降气流，外侧形成强大的上升气流，从而对其后通过的航空器造成影响。翼尖涡流在航空器起飞时抬前轮的那一点开始形成，直至该航空器着陆时前轮接地的那一点消失。

尾流的特性

尾流在飞机后面一个狭长的尾流区里形成极强的湍流。尾涡流场的宽度约为两个翼展，厚度约为一个翼展。

尾流的强度由产生尾涡的飞机重量、飞行速度和机翼形状所决定，其中最主要的是飞机的重量。尾涡强度随飞机重量、载荷因数的增加和飞行速度的减小而增大，曾测得最大的湍流切线速度达67米/秒。

当重型飞机在光洁构型下低速飞行时，将会产生最强的尾流。

尾流是向外和向下扩散运动的。在空中，尾流大约以120——150米/分钟的速率下降（最大可达240——270米/分钟），在飞行高度以下约250米处趋于水平，不再下降。当存在侧风的时候，尾流将向下风方向移动。当存在顶风时，将在飞机的后方延长尾流区。当存在顺风时，尾流将增加向外扩散的速度。

尾流的危害

当后机进入前机的尾流区时，会出现飞机抖动、下沉、改变飞行状态、发动机停止甚至翻转等现象。小型飞机尾随大型飞机起飞或着陆时，若进入前机尾流中，处置不当还会发生事故。

后机应该在不低于前机的飞行高度上飞行，方可免受尾涡的危害。

后机从后方进入前机的一个尾涡中心时，一个机翼遇到上升气流，另一个机翼遇到下降气流，飞机会因承受很大的滚转力矩而急剧滚转。滚转速率主要取决于后机翼展的长度，翼展短的小型飞机滚转速率大。如果滚转力矩超过飞机的控制能力，飞机就会失控翻转。

3、参考文献

1.谢象春着：《湍流射流理论与计算》，科学出版社，北京，1975。

2.词条作者：晏名文《中国大百科全书》74卷（第一版）力学词条：流体力学中国大百科全书出版社，1987：492页