尾流

概述

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。[1]

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Δū表示)分布也具有相似性，即式中Δū为最大速度亏损；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：Δū/Δū=【1-(y/b)3/2】2；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。

工作原理

一、被动尾流自导

被动尾流自导本身不发射信号，其检测尾流的声异常、磁异常或热异常特性，发现尾流并操纵鱼雷沿尾流跟踪目标，它们分别称为被动声尾流自导、被动磁尾流自导或被动热尾流自导。这里，只讨论被动声尾流自导。

尾流

一种被动声尾流自导依据尾流的声阻抗特性相对于海水介质声阻抗特性的变化检测尾流。

换能器感知水下声阻抗的变化，其安装在雷顶的纵轴线上，这里不易产生空化。接收机处理接收电压和由激励电压产生器产生的激励电压，使在海水中两者的合成电压为零。当换能器接触尾流时，其阻抗发生了变化，使合成电压不再为零，尾流检测器将这个电压与门限比较，发现尾流。导引弹道对弹道进行解算，发出操纵指令，操纵鱼雷沿尾流跟踪目标，对目标实施攻击。被动尾流自导结构简单，易于工程实现。

二、主动尾流自导

主动尾流自导工作时，周期地向水中辐射信号，并对尾流反射或散射信号进行处理，检测尾流并沿尾流跟踪目标，对目标实施攻击。

主动尾流自导依据尾流声反射或声散射工作。

系统由基阵、发射机和接收机组成。基阵有若干换能器阵元，主要进行声电转换和电声转换。其安装在雷顶的上方。发射和接收可配置成单波束，也可配置成多波束。单波束指向上方，多波束指向上方和侧上方。接收机对接收波束的数据进行处理，当波束输出的尾流混响超过门限的时间间隔大于某一数值后，则判定检测到了尾流。接收机的输出送雷上计算机进行解算，通过控制系统操纵鱼雷运动。[1]

采用多波束系统较之单波束系统有以下优点：

(1)?多波束覆盖的扇面大，提高了尾流的检测概率；

(2)?当目标机动时，可确定鱼雷旋回方向；导引时，可逐次减小鱼雷航向与尾流的夹角，从而减小鱼雷进出尾流的次数，航程损失小，有利于首次攻击命中，提高了鱼雷命中目标的概率。

分类

①滑流：由于螺旋桨飞机的螺旋桨高速旋转而产生的尾流。

②紊流：飞机机翼表面由于横向流动的气流而产生的尾流。

③喷流：喷气发动机飞机的发动机产生的高温、高速尾流。

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。

特性

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。

当重型飞机在光洁构型下低速飞行时，将会产生最强的尾流。

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。

危害

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。