更新时间:2023-11-10 11:40
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。
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。
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。
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。
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。
2019年12月5日,中国民航机构主导的“航空器尾流重新分类技术方案”起在广州和深圳两地机场实验运行。