科普涡流发生@大决战

2016年10月26日，俄罗斯勇士表演队抵达珠海机场，随行保障的伊尔-76运输机在高空通场时，机翼两侧上方出现一种像彩烟一样的白雾。那么这白雾是什么呢？大家千万别认为是飞机发动机排出的。为了给大家“涨姿势”，在此科普一下，这不是白雾，这是飞机行进中因翼身涡流产生的涡流云。

上图是因密歇根湖上的水汽比较富集，所以F-35A机身很容易产生大面积的涡流。

其实，现代战斗机在高速飞行时，产生的强劲涡流。由于气动布局设计，在高速的气旋中，离心力把空气向外甩，导致涡流管的芯成为低压区，空气骤然膨胀会导致降温，此时如果空气湿度高，大量的水蒸气就会凝结成雾。于是你就会看到战机划出一条条长长的雾气。

从F16开始的现代先进战斗机设计中都开始引入涡流升力的概念。这是人类空气动力学上划时代的重要进步，它首次使人类可以有效的利用气流的分离现象，而不是像以往那样飞机上出现大量的气流分离就只能等着失速尾旋坠机。

涡流是一种螺旋状空气流动形式，通常来说，在大迎角条件下，涡流会发生得更加强烈。机翼的下表面空气压强比上表面要大，因此机翼下方的气流天然有向上表面流动的趋势。但是这种趋势正常情况下会被机翼和流过机翼高速气流动压所限制。只要这种限制不够强，气流的绕流就会发生，特殊的大迎角条件下，甚至可能出现机翼下方气流从前缘或后缘向上绕流的情况。但是在机翼的翼尖方向，空气受到的限制较弱，因此机翼下方的空气会绕过翼尖，流向机翼的上表面，形成涡流。

实际上飞机上涡流的形成有几种情况。

翼尖:包括机翼，鸭式前翼，尾翼的翼尖涡；超大后掠角的前缘:如大后掠三角翼，会在机翼内侧的位置形成脱体涡；

机翼前缘的转角处:如双三角翼，大边条翼，前缘锯齿；

涡流能够产生的额外升力，叫涡升力，提高升阻比。涡流的产生则可以让飞机在更大的角度下不失速，大幅度地提高飞机的机动性。

战机的代差通常主要体现在气动设计和飞控设计上。三代战机相比于二代战机，其最突出的改进就是气动设计被极大地优化。具体到机动性能相关的设计来说，就是涡流增升的设计。三代战机典型的涡流增升设计有两个即:边条翼和鸭翼。增升设计的产物又可以被称为“涡流发生器”，原理就在于切割高速气流产生涡流，涡流滚过主机翼产生巨大的升力作用。在三代机中，涡流发生器的形式通常是单一而显著的边条和鸭翼。越是后期的越大，涡流发生器够大，才能进一步加强利用涡流的效果。在第四代战斗机上，出于隐身的需要，涡流发生器会变得很小很隐蔽，和机身整体造型融合，并且是多组涡流发生器组合使用。

上图是F16的尖锐边条设计在大迎角飞行时造成的强大涡流，向后流经机翼上表面内侧大大增加了机翼升力。

随着航空科技和对物理学的深入研究，发生涡流现在不是难事了，难的是对其有效控制。例如边条涡固然可以明显増升（并防止翼面气流涌向翼尖方向），但是由于这些涡的非线性，搞不好会对飞行品质造成重大影响，大大增加操控难度。所以，涡流发生都是在权衡利弊、并且拥有强大飞控基础上才敢运用的，尤其是多处复合涡系的综合运用。

这是呈仰大仰角姿势的歼10，注意其机翼上产生的凝结的水汽，这些水汽分布的区域就是涡流的核心地带。