飞机身后的“烟雾”是怎么回事？

　　日常生活中，我们常常可以看到飞机飞过后，天空中会有一条或数条长长的“白烟”。而在飞行表演中，我们则可欣赏到飞机尾部喷出五颜六色的“彩烟”，它们在空中幻化出美丽的图案，颇为炫酷夺目。

　　图1 - 连飞行轨迹都是爱你的形状（图片来源：wonderopolis.org）

　　其实，不管是“白烟”还是“彩烟”，都不是真正的“烟”，而且，它们的产生原理也有很大差异。那它们是怎么形成的呢？

　　高冷的“白烟”

　　烈日炎炎，我们在吃冰棒时常会发现冰棒冒“白烟”。学过物理的小伙伴们对此不会感到陌生，所谓的“白烟”实际是由空气中的水蒸气遇冷凝结而成。多数情况下，飞机在空中留下的“白烟”，也是相同的道理。

　　现代飞机基本都采用航空煤油作燃料，它以加氢裂化煤油馏分或直馏煤油馏分为原料，经精制水洗并添加适量抗爆剂、抗磨剂调和而成。航空煤油中含有大量的芳烃、烯烃等碳氢化合物，燃烧后会生成大量气态水。高温的水汽通过发动机尾喷管喷到空气中，遇到大气层中的冷空气后急剧降温、增湿，凝结成千千万万的小冰晶，从而在飞机发动机后面形成一条长长的白色尾巴。这条尾巴俗称“飞机拉烟”，而在航空气象学上，通常称为“飞机尾迹”、“凝结尾迹”或“尾迹云”。

　　细心的蝌蚪网友们一定注意到，飞机并非每次飞行都会拉烟。比如，在燃爆的建军90周年阅兵式上，当英姿飒爽的歼20飞过时，我们就没有看到尾迹云。这就不得不提形成尾迹云所必须的飞行条件和气象条件。

　　图2 - 阅兵式上的歼20由于飞行高度低，未形成尾迹云（图片来源：北京时间网）

　　飞机拉烟的现象，通常只在喷气式飞机上才会出现。但喷气式飞机究竟能否拉烟，还要看温度和高度的脸色。一般来说，凝结尾迹只有在飞机周围环境温度很低的情况下才会产生。这里的“很低”有多低呢？答案是零下40摄氏度以下！因此，飞机必须飞行在近万米高的大气层中，才可达到这一温度要求。

　　航空上把能形成尾迹云的大气层称为“拉烟层”，其高度受空气温度和湿度影响，在盛夏时节，拉烟层的下限高度比冬天高很多。尾迹云在空中一般可持续约30~40分钟，条件有利时，甚至能存在1小时以上。它好比人走路时留下的脚印，对客机来说并不影响飞行安全，但对战机而言，则很容易暴露飞机的数量、位置和轨迹，因此，战机在执行军事任务时会尽量避开拉烟层。

　　图3 - 尾迹云对于客机或许意味着优美，但对于战机则意味着危险（图片来源：www.airliners.net）

　　绚丽的“彩烟”

　　和战机故意避开尾迹云不同，在特技飞行表演中，为了让观众能清晰地观赏飞机各种惊险动作的运动轨迹，身临其境地领略飞机性能和飞行技巧，飞机都会拉出一条条或红或蓝、或黄或绿的曼妙的“彩烟”。“彩烟”的形成原理与尾迹云完全不同。

　　我们知道，硫酸酐（三氧化硫）溶于水会生成雾状的硫酸并放出大量的热。人们利用这一原理，将液态硫酸酐装进高压容器中，当飞行员通过拉烟剂施放控制系统将硫酸酐喷出时，硫酸酐便会迅速与空气中的水蒸气反应产生烟雾。通过在高压容器中加入不同颜色的配料，就会喷出颜色各异的烟雾。

　　图4 - 研究人员在进行地面试车拉烟试验（图片来源：参考文献[2]）

　　不过，由于硫酸酐对人体健康有严重损害，且其生成的烟雾会腐蚀飞机表面，如今早已被弃用。我国在多年前就已研制出多种无毒环保、颜色鲜艳、烟雾量大的新型彩烟剂，并成功应用于2015年纪念抗战胜利70周年的阅兵式上。据报道，当时八一飞行表演队在歼10上挂载了一个装有新型液体彩烟剂的大型容器，彩烟剂由专门的管线引至发动机尾喷管，在高温、高速的尾气作用下发生升华，从而形成烟雾。

　　图5 - 2015年9月3日，在纪念抗战胜利70周年阅兵式上，歼10采用了新型液体彩烟剂（图片来源：新华网）

　　风景or危害？

　　飞机在空中留下的“烟雾”十分壮观，引人入胜。然而，这些“烟雾”美则美矣，却对大气环境有不小的危害。

　　尾迹云的结构与卷云类似，均由大量冰晶组成，由于每天都有成千上万的飞机在空中穿梭，难免存在人造云效应，对天气造成影响。科学家们研究发现，频繁的飞行活动已经导致欧美部分地区云量增加。这些人造云一方面反射来自太阳的光照，使地球变冷，另一方面又吸收来自地面的红外辐射，使大气变热。

　　或许有小伙伴会问，为何不让喷气式飞机在拉烟层以下飞行呢？实际上，飞机排放的废气中不仅有水蒸气，还含有大量二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物等有害物质。虽然飞机降低飞行高度后，可以避免形成尾迹云，但由于燃油消耗量也随之增加，并不能根治飞行造成的污染。

　　幸运的是，各国政府和科学家们已经对此给予了广泛关注，相信在不久的将来，人们能够妥善解决飞机带来的环境污染问题。

　　图6 - 飞机“彩烟”美则美矣，但飞机排放的废气会对环境造成损害（图片来源：新浪网）

　　参考文献：

　　[2] 刘飞保,陶厚生. 织练记——我军第二代彩烟剂揭秘[J]. 航空知识, 2007(8): 41-44.

　　[3] 周毅. “飞机拉烟”对大气环境的影响[J]. 气象知识, 1997(2): 10-11.