九三阅兵飞机表演的彩烟是如何产生的?拉烟颜色是怎么选出来的?有什么特殊含义吗?

九三阅兵飞机表演的彩烟是如何产生的?拉烟颜色是怎么选出来的?有什么特殊含义吗?

太空僧,2022年新知答主|航天及天文优秀答主

正好,前不久刚和八一表演队的某飞行员聊过这个,就简单写点吧。

发烟剂的历史

最一开始的时候,彩烟不是用来表演炫技的,最早是用在军事领域,当时是飞行员想出这个办法来让地面部队识别飞机是友军,别误伤了自己。

从 1909 年巴黎搞了首次专门的航展开始,一直到了 20 年代,飞行表演逐渐开始流行起来。再后来,为了增加观赏效果同,彩烟被引入了进来。

因为飞机再好,(对大众观众来说)真不如彩烟好!

最初的发烟剂很简单,最一开始就是航空燃油,通过泵加压后被输送到喷嘴,再被喷射到高温的排气流中后,高温会使油液迅速汽化并形成细小的油滴,这些油滴在空气中冷却并凝结成可见的烟雾,形成持续的轨迹,也就是拉烟效果。

但是单纯的燃油效果很短,一会儿就看不见了。

改进!改进!

于是有人就想,那就加点东西呗。

那个时候,航空表演的彩烟技术尚不成熟,使用的发烟剂多基于工业上常见的溶剂。有人想到了当时用来清洗飞机引擎和金属部件的三氯乙烯。

它和四氯乙烯一样,作为氯化烃,都是无色的挥发性液体,具有快速挥发的特性,可以在较低温度下即可迅速汽化,适合早期飞机引擎的工作条件。它们汽化后,又会在空气中冷却凝结成明显可见烟雾。更强的挥发性和雾化特性使它们适合作为发烟剂的添加剂,增强烟雾的密度和持续性。

另外,早期发烟剂的配方需要溶剂来稳定染料并防止喷嘴堵塞,而三氯乙烯的溶解能力使其成为理想选择。由于三氯乙烯溶解染料或色素的性能比其它溶剂要更强一些,同时它们还能降低发烟剂的黏度,便于通过喷嘴喷射并形成均匀的雾化效果。所以能确保彩烟颜色更均匀。

在早期,三氯乙烯和四氯乙烯由于在常温下不易燃,降低了火灾风险,因此被认为是相当安全的发烟剂溶剂,非常适合在高温、高压的航空环境中使用。但后来的研究表明,三氯乙烯在 300 度以上的高温中可能分解产生有毒物质(如盐酸或光气),对飞机员也好,对环境也好,都非常的不好。

豆油!

中国的八一飞行表演队之前用过以硫酸酐为基液,外加二甲苯和四氯化酞等的配方,这些材料好是好,但它们是有毒的,地勤在加注的时候还得戴防毒面具。这个有毒,就很难走出国门,没法儿去别的国家参加航展。另外还记得么:三氧化硫遇水会形成雾状的硫酸,高浓度的盐酸则会挥发产生白烟。听上去既不环保,还会对飞机机身还会产生腐蚀作用。

为了解决这个问题,北空装备部专门成立了课题组,最终研制出了新一代环保无毒的彩烟剂。

为了环保,我国还曾试过用大豆油。

但豆油有个问题,就是会在高温下会发生碳化,很容易就把喷嘴给堵了。

这里多说一句。军用发烟剂,就是战场上用的那种,因为没发动机尾气加热,所以得自己进行化学反应产热,那种的就不再是单一成分了,而是由氧化剂、还原剂(以及彩色染料)混合形成。所以网上有看到说发烟剂是物理变化还是化学反应的高中习题,其实答案并不唯一。传统的发烟剂中氧化剂主要为分解温度较低的硝酸钾、氯酸钾、高氯酸钾,大部分是以氯酸钾为主,而还原剂主要以乳糖、蔗糖以及淀粉等有机物为主。

说回飞机的。再后来,各国表演队都研发了自己配方的发烟剂,基本上都是不含有害氯化溶剂的柴油或高闪点的轻矿物油等配方。比如红鹰表演队用性能介于柴油和润滑油之间的高温油,粘度较低,可以更快地流动,从而减少对拉烟系统的磨损,拉出的烟的颜色也更纯净,没有黑烟。

白烟容易做,彩烟就难了。

要难点在哪儿?

你会想,不就是个拉烟儿的么,有什么难的。

最大的难点,在于“共沸”。

每种颜色的拉烟剂,都是不同的化学成分,大部分还是有机物,它们对温度的要求各不相同。彩烟油在喷射时接触到高温排气流后,黄色和红色对雾化时的温度不太敏感,但蓝色和紫色就很敏感。比如说,在阅兵中,拉烟飞机普遍飞得都比较慢,导致发动机转速上不来,喷气的温度就比较低,这会影响发烟剂的雾化效果,尤其是蓝色和紫色(比如有机胺碘酸盐单质)的效果,会比红色偏淡很多,留空时间也更短。

即使温度调成功了,不同颜色的染料还是对烟的密度和持续时间有影响,因此需要经过测试以确保效果一致。

另外,传统染料多为偶氮类、蒽醌类,听名字就是致癌的有机化合物。

颜色有什么讲究?

表演队会根据表演内容选择颜色搭配。例如,交错飞行的两架飞机可能使用对比色(如红与蓝)以突出各自的轨迹;编队飞行时可能使用单一颜色以强调整体性。

表演队常用的彩烟颜色也常与国家或团队的标志性颜色相关。美国海军“蓝天使”使用传统的蓝色和金色,英国皇家空军“红箭”会使用红、白、蓝三色。(说到这个,它的这个红、白、蓝三色的设计灵感直接来自英国国旗)。在 1979 年的某次表演中,表演队因各种原因临时将红色烟雾替换为绿色,还意外引发发观众热议,认为这是向爱尔兰致敬。)而我们中国空军“八一”飞行表演队会常使用红、白、黄等多种颜色(当然如果飞机多的话,可以用更多的颜色也没问题)。

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关于拉烟飞机的事儿,先说这么多吧,大家还有什么想看的,欢迎评论区留言。