飛機的尾巴

韓啟光

2015年7月

2013年6月的文章（水過鴨背）跟大家介紹過，當鴨子在水中暢泳(或任何物體利用流體的反作用力向前推進)時，其後方會自然留下一連串的波紋（圖一）。飛機在空中遨翔時亦如是。

圖一鴨子在水面留下的尾流（筆者攝於芬蘭）

當飛機飛行時，由於翼底的氣壓要比翼面為高（這為飛機提供浮力），位於翼尖的氣壓差會產生渦旋。這些渦旋疊加在一起，便形成一條尾流，在航空界一般稱為「飛機尾流」或「飛機尾渦」。

圖二飛機尾流示意圖。左圖為垂直切面（即讀者正面向飛機尾部），右圖為水平切面（即讀者正從高空俯視飛機頂部）。

「飛機尾流」主要由一對呈相反方向旋轉的渦旋組成（圖二）。由於渦旋中隱含強烈湍流及下沉氣流，在同一航道上尾隨的航機必須與前機保持適當的距離(即「飛行間距」)，以避免遇上其尾流，影響飛行安全。值得一提，「飛機尾流」在晴空之下一般是不能用肉眼看見的，這與「凝結尾跡」不同（後者主要是由飛機引擎噴出的氣體內的水汽凝結成冰晶而成，因此亦較易看見）。

圖三短程激光雷達（左側白色儀器）於香港國際機場的飛機升降滑道附近進行掃描

尾流中的渦旋寬度甚為細小[1]，而且在接近地面的大氣中的停留時間往往只有一兩分鐘（或更短）。要有效觀察這些肉眼看不見的氣流，必須借助高時空分辨率的遙感觀測儀器，如短程激光雷達（圖三）。

圖四天文台利用短程激光雷達在香港國際機場所測得之飛機尾流。圖中不同顏色代表不同徑向風速，白線所示位置為尾流渦旋引致之風速變化。

由於一對渦旋以相反方向旋轉，在探測風速的激光雷達圖像上會出現其獨有的特徵，與背景風場迴異。從圖四的平面風速分佈圖看來，就像剛降落的飛機所留下的兩條長長的尾巴呢!

註︰
[1] 尾渦寬度一般與飛機翼展相約。以波音747-400客機為例，翼展約65米，因此左右兩邊渦旋的直徑在接近機身時約為30至40米。