這個在特技飛行中使用的小東西,見證了我國軍事科研的光輝歷程


3樓貓 發佈時間:2021-12-01 18:26:32 作者:洗腦水 Language

育碧新作《極限國度》自去年9月宣傳片放出之後就引起了廣大玩家的極大熱情,儘管發售日期幾經跳票至2022年初,但隨著測試活動的進行以及玩家們大量遊戲實機錄像在視頻網站的分享,越來越多的玩家更是摩拳擦掌,期待能夠在本作中體驗到比《Steep》更精彩刺激的遊戲內容。
《Steep(極限巔峰)》是育碧在2016年發售的極限運動遊戲,包含單板、雙板滑雪、翼裝飛行、滑翔等多種極限運動

《Steep(極限巔峰)》是育碧在2016年發售的極限運動遊戲,包含單板、雙板滑雪、翼裝飛行、滑翔等多種極限運動

不知大家有沒有發現,在眾多實機演示視頻和玩家的遊戲錄像中,少了一個在宣傳片裡“真·大放異彩”的重要元素——拉煙。
在宣傳片中,翼裝飛行玩家用各色炫酷華麗的尾煙畫出一道道動感的彩雲,騎行玩家面具上滾滾湧出的鮮豔濃煙霸氣出位,這些都極大地烘托了遊戲自由瘋狂的歡樂氛圍。試想一下,要是沒有這些彩煙,那些天空中的翼裝飛行者和茫茫大地上的騎行玩家在我們眼中,也都不過是一群飛速前進的小螞蟻而已。
《極限國度》宣傳片截圖

《極限國度》宣傳片截圖

其實,這些彩煙全是靠一種名為“拉煙劑”的化學制劑產生的,而這個在特技飛行表演中使用的小東西,也見證了一段我國軍事科研發奮圖強的光輝歷程。

拉煙的自然產生

一、 廢氣拉煙
在飛機普遍應用之後,人們發現飛機在飛行中有時會隨著移動在所過之處留下一條長長的“尾巴”,於是就形象地將這種現象稱之為“拉煙”。
自然拉煙

自然拉煙

最早的拉煙現象實際上是由於飛機排出的廢氣導致的。
一是廢氣溫度較高,在飛到8000米以上,且周圍溫度在-41℃到-60℃之間時,就會使空氣中的水蒸氣與廢氣凝結成無數小水珠或小冰晶,肉眼看上去通常就是白色的一片煙霧。由於其形成條件不穩定,所以我們時常會看到這些拉煙斷斷續續,並且在冬天較多。
二是在低空中時,雖然氣溫不足以讓水蒸氣凝結,但是飛機尾氣的熱量將周圍的水汽蒸發,所以在低空中的雲層有時也能看到拉煙。這種原理有時也造成水蒸氣因加溫而上升,最終在飛機千米之外形成更寬、更久的尾跡。
二、空氣對流拉煙
隨著噴氣式飛機的廣泛應用,拉煙現象也更加普遍。
由於噴氣式飛機的機翼上下壓差不同或螺旋槳轉動,會在機翼末端產生一箇中心氣壓較低的空氣漩渦,這使得周圍的水蒸氣在此凝結形成拉煙。這種拉煙一般是兩條,更顯眼,觀賞性也更高。
空氣對流拉煙

空氣對流拉煙

以上都是自然產生的拉煙現象,而人為的拉煙除了拉煙劑之外,則是飛機“小便”留下的。
三、放油拉煙
開個玩笑,所謂的飛機“小便”實際上是飛機的空中放油操作。
有時,飛機在飛行過程中,需要減重以保證安全降落。此時飛機會通過專用的釋放口,將燃油加壓粉碎後以小液滴的形態釋放,這麼做也是為了最大限度地減少對空氣環境的汙染。當然,最終呈現在人們眼前的就是白色的拉煙了。(所以游泳前最好上個廁所)
放油中的噴嘴

放油中的噴嘴

在看到各種飛機拉煙,尤其是科技發展令飛機可以做出豐富飛行動作之後,富有情感的人類想到了給這些拉煙附上顏色,這樣豈不是既增加了飛行表演的觀賞性,又實現了“在天空作畫”的人類史詩?
果然,這些充滿藝術氣息的暢想最終還是要交給理科生來實現,圍繞拉煙劑的研究就此開始了。

拉煙劑的出現

在最開始,由於技術不成熟,人們在諸多已有的製劑中找到了硫酸酐來作為拉煙劑的溶劑。雖然硫酸酐在噴射時會因為吸水性迅速成霧,觀賞效果較好,但其產生的硫酸酸霧對環境乃至飛機機身都會造成嚴重損害。
硫酸酐裝在飛機內的高壓容器中,呈液體狀態,當飛行員打開閥門時,硫酸酐從高壓容器中噴出與空氣中的水汽結合形成煙霧,如果再加上不同的配料,煙霧就可呈現出鮮豔的顏色。而因為這種藥劑有毒,地勤裝藥劑的時候都得戴著防毒裝備,已經不適合現代使用。
英國BAE系統公司“鷹”高級教練機機尾的發煙裝置

英國BAE系統公司“鷹”高級教練機機尾的發煙裝置

即便在被應用到飛行表演中時,為了演出效果,拉煙劑的主要著色劑也通常使用有毒的彩色金屬化合物。

中國自己的拉煙劑

我國空軍最亮眼的名片之一八一飛行表演隊,直到2007年還在使用著有毒的第一代彩色煙劑。而這種情況的改善,則全靠國人自己。
艱難初期
1962年,剛剛組建的中國八一飛行表演隊使用的就是我國自主研製的第一代彩色液體拉煙劑。這種以硫酸酐為基液的拉煙劑含有二甲苯和四氯化酞等有毒物質,解放軍空軍地勤人員在加註液體拉煙劑時一定得提前穿好全套防化三防裝置才能進行操作。
1995年,八一表演隊表演機由殲教-5換成了殲7EB。然而,當這些中國最優秀的飛行員刻苦訓練,終於將4機同時起飛、單機低空水平多次滾轉、4機菱形向上開花、6機楔形俯衝筋斗等高難度動作練得爐火純青的時候,卻面臨著就拉煙設備無法裝配的問題。
1995年中國八一飛行表演隊表演機由殲教-5換成了殲7EB

1995年中國八一飛行表演隊表演機由殲教-5換成了殲7EB

法國人“爽快”與國人的決心
其實,拉煙劑的配方一直是各個國家自己的小秘密,因為飛行表演本身就是國家展示軍事實力的一個途徑,拉煙劑自然也就成為了每個國家暗中較量的小絕活兒。
2004年10月,法國“法蘭西巡邏兵”飛行表演隊在我國南苑機場進行飛行表演時,我國專家曾通過有關部門試探性地向法國飛行隊索要拉煙劑樣品,對方爽快答應。但事後我國專家卻發現,法國人只是把一桶普通的柴油白色煙劑給了我們,根本沒有研究價值。
法國“法蘭西巡邏兵”表演隊使用“阿爾法”高級教練機作為表演機

法國“法蘭西巡邏兵”表演隊使用“阿爾法”高級教練機作為表演機

同年,北京軍區空軍裝備部副部長劉飛保來到八一飛行表演隊庫房進行檢查,他發現隊員們都站在庫房門外,即便是與他對話,也會在回答完畢後趕緊跑出去。細問之後,劉飛保瞭解到,每次隊員們加註煙劑時都要戴防毒面具,在完成拉煙表演後,有些隊員甚至一個星期都吃不下飯。
於是,劉飛保決心不讓有毒的彩煙搞壞飛行員和祖國的藍天。
劉飛保

劉飛保

但是,當時各個大學的專家都表示無毒環保的拉煙劑研發過於困難,在劉飛保接連碰壁之後,終於有一個人表示願意與他一起“摘掉飛行員的防毒面具”,這個人叫王顯敏。
王顯敏

王顯敏

王顯敏是1978年恢復高考之後的第二批大學生,在北京化工學院一分院(現北京聯合大學工程學院)畢業之後,便一直在化工行業工作並創業,接觸到了許多國內外染劑領域的前沿技術和產品。
劉飛保與王顯敏的第一次通話就長達兩個小時,他給王顯敏提出的條件是:部隊提供試驗飛機及場地,不提供資金,但一旦研製成功,專利技術歸王顯敏公司所有,再由部隊進行產品採購。王顯敏十分清楚,該項目的啟動資金和失敗風險都是極大的。他權衡再三,還是答應了下來。事實證明,這不光是一筆好買賣,也是為國家和部隊增光添彩、於環境有益的一件好事。
能吃但不能用
2005年初,劉飛保正式向上級申報了科研項目,成立了“新型材演技研究課題組”。
根據當時的飛機拉煙技術,通常是將高沸點的彩煙霧化劑噴入噴氣式飛機發動機工作時產生的高溫尾氣中,使其昇華,然後在煙劑分子冷卻過程中吸附大量水分子,從而形成水蒸氣雲霧。此時,煙劑中的彩色染料便會將水蒸氣染色,形成彩煙。
為了給拉煙劑找到安全環保的溶劑,本著“能吃的東西一定環保”的理念,研發團隊嘗試用豆油做溶劑。結果由於提純度不夠,豆油中的殘渣在飛機發動機的高溫下形成了積碳,連管線都被堵住了。
最終,在放棄了其他項目,投入了大量經費,經歷了無數試驗之後,一種介於柴油和潤滑油之間的、可以作為餐具染料的高溫油終於被選中成為溶劑。
2007年,我國自主研發的具有清潔環保、成煙穩定、煙霧濃、顏色鮮豔、留空時間長等特點的“環保型彩色拉煙劑”終於誕生了。
在國慶60週年閱兵式上,這種新型拉煙劑大放異彩,從此一直作為我國空軍“八一飛行表演隊”和“紅鷹飛行表演隊”的指定產品。
研發過程中,部隊方面與王顯敏研發團隊之間配合密切,劉飛保與王顯敏的這次合作還作為軍民融合的案例,被寫入國防大學教案。
殲-10的牛逼要跟上
2009年,八一飛行表演隊換裝了代表我國空軍當時最高戰力的殲-10戰機,這在提升了表演隊實力的同時,也對拉煙劑提出了新的更高的要求。
原來,之前配裝在殲-7戰機和教-8飛機上的拉煙劑是一個掛在飛機腹部的800升大煙罐,並且只能承受小於4g的過載(指飛機的機體結構在高速飛行特別是在做各種高速、劇烈的機動動作時所能承受的最大加速度,它的單位一般是用重力加速度g來表示)。而全新的殲-10戰機在進行特技飛行時輕輕鬆鬆就能做出8g以上過載的動作,現有的液體拉煙劑完全hold不住。
表演隊暫時改用燃燒拉煙彈,只能在噴出兩道細細的彩煙,不光顏色暗淡,留空時間也很短,效果遠不如液體拉煙劑。社會上對錶演隊“換畫筆”、“換顏料”的抱怨也愈演愈烈。
此時的劉飛保儘管已經退休在家,但部隊的召喚讓他充滿活力,立即回來指導各有關單位從生產到研發,對液體拉煙劑進行一系列改進工作。最終,在2015年九三閱兵時,八一飛行表演隊利用新型液體拉煙系統,為身後9個空中梯隊鋪出了一條五彩繽紛的空中走廊 。
殲10AY、殲10SY表演機的拉煙裝置

殲10AY、殲10SY表演機的拉煙裝置

這種新型的拉煙系統發煙噴嘴放置在機尾減速傘艙下面,其位置接近渦扇發動機尾噴管稍後處以便得到更高的沸點。高沸點的液體拉煙劑經過氮氣加壓,從吊艙噴嘴噴入發動機的高溫燃氣,最終冷卻成霧。
由於不同染料顏色的使用溫度不盡相同,飛行員及研發團隊一起開動腦筋,發明了加長噴嘴、調整濃度、流量、改進色調等一系列集思廣益的改進方法,終於達到了滿意的效果。
2013年八一飛行表演隊殲-10AY與殲10SY換裝了新一代液體發霧器,飛機的尾煙其實是一種霧化現象

2013年八一飛行表演隊殲-10AY與殲10SY換裝了新一代液體發霧器,飛機的尾煙其實是一種霧化現象

千次試驗出一方
如今,第二批殲-10表演機已經不再採用外掛式煙罐,而是直接將拉煙設備裝配在飛機內部,這樣既美觀又靈活的拉煙系統,也是研發團隊又一次突破式的改進成果。
由於之前的煙劑中,染料並不完全溶於溶劑,很多情況下,燃料都是像奶茶裡的珍珠一樣懸浮在其中的,以至於一旦靜置就會產生沉澱。這樣的煙罐如果裝在飛機內部就會非常難以清洗。
 一種拉煙劑混合攪拌裝置

一種拉煙劑混合攪拌裝置

為了解決沉澱問題,劉飛保與王顯敏團隊再次配合攻關,在調試過一千多個配方之後,終於研製出完全相融的煙劑。
研發升級不止步
在一次採訪中,劉飛保表示,對於拉煙主要有四個要求,一是及時,也就是能夠在飛行員接到命令並進行拉煙操作的第一時間噴出煙來;二是色彩鮮豔,由於高空距離較遠,要保證能夠拉出肉眼明顯可見的彩煙;三是煙量大,保證形狀和顏色飽滿;四是留空時間長,能夠為表演創意提供足夠的發揮空間和展示時間。
劉飛保接受《南方都市報》採訪

劉飛保接受《南方都市報》採訪

關於飛行編隊梯度差的問題,劉飛寶碩, 因為飛行的時候有氣動干擾,前機的氣流對後面的飛機是有影響的。出於安全考慮,必須要有一個高度差,比如第一架飛機飛行高度是500米,第二梯隊就要比他高一點,到550米,第三梯隊就是600米,第四梯隊可能又下來了,又是550米,就是為了保證安全。
採訪結尾時,他還對如何研製出能同時拉出兩種顏色的彩煙念念不忘,說要跟工廠提出建議,繼續改進。

期待早日加入遊戲

話說回來,育碧可能是考慮到玩家視野和遊玩體驗的原因尚未開放拉煙道具。
但是沒了這個,你要我怎麼裝X!?


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