彩烟剂——93阅兵彩练当空舞背后的秘密

发表于 2015-8-31 16:42

本帖最后由拦阻着舰于 2015-8-31 23:47 编辑

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对于93阅兵此前预演中空中编队的观感，无论是军迷还是更广大的群众来说尤为直观就是编队掠过的轰鸣磅礴和绚丽的“彩练当空舞”。虽然装备属性下，空中编队的通场时间有限，转瞬即逝让大家感觉不过瘾，不过好在战机拉出的一道道彩烟，让编队的飞行轨迹、姿态更为清晰可见，极大的增强了视觉观赏性。这种彩烟看似平台无奇，与我们日常生活中在活动庆典上看到彩烟也差不多，但因应用环境上的差异，这背后的技术细节和技术难度却有着天壤之别。
首先说这种烟雾的形成原理和形式。一种是较为常见的“冷凝型”，飞机特别是我们日常可看到的民航客机在高空飞行时，发动机的高温燃气遇低温遇冷结成云雾，也就是通俗称的飞机尾部拖出的白烟，稍微专业的称为“航迹云”、“尾迹云”等等。这种拉烟方式虽然很容易，但需要飞行高度在7 8千米或近万米，在低空就不具备“冷凝型”拉烟的条件，而这对于飞行表演、或阅兵中的低空编队来说，是不现实的。

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“航迹云”在日常中可能我们抬头就会看到，但其产生条件是高空，并不适用于战机的低空编队、飞行表演。
另外两种是“升华型”和“蒸发型”，前者也相对常见，在各类烟火和信号烟雾弹中即是通过燃烧的方式促使发烟物质升华或形成颗粒物，在大气中混合形成烟雾。后者这种类型相对来说，基本上就是为飞行表演的拉烟而生。高沸点的液体发烟剂送入发动机喷出的高温燃气中，形成高温过饱和蒸汽状混合物进入大气，在大气中与低温水蒸气遇冷凝结成雾就形成了浓浓的烟迹。单一的高沸点液体合成的发烟剂就能够产生白烟，也就是说白色的拉烟剂相对容易选配。比如柴油、润滑油、煤油甚至豆油等油液，这类高沸点合适的溶剂经简单加工即可作为白色的拉烟剂。因此才有以下的轶闻。

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烟柱的获得相对容易，向发动机尾喷口或者尾焰中喷入油液，在高温下挥发成烟，比如说F-111C 的放油口位于机体尾椎的下方，距离发动机的尾喷管太近，所以它的空中放油不是拉烟而是喷火球了。

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飞行表演中或是以固体燃烧拉烟弹或是“蒸发型”的液体拉烟系统来得到白烟或彩烟。
2004年10月“法兰西巡逻兵”飞行表演队在南苑机场进行飞行表演，我方试探性的提出索要点彩烟剂样品。因为包括彩烟剂在内的拉烟系统的技术都是各国保密的，但法方人员倒是非常“痛快”的从飞机拉烟剂吊舱中放出一小桶烟剂给了我们。但回来一检测，这只是上述的柴油类的白色烟剂。高卢鸡既不失外交礼节，又没有让我们获得实质性的彩烟剂。

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战场上烟雾弹的烟雾遮蔽在进攻突击中少不了，这种烟雾弹或发烟罐可以覆盖不小的区域，但前提是在风速较低的情况，并不能在战机上简单嫁接。
      彩烟剂，是在选择合适的高沸点液体的基础上，再选择合适的着色材料（染料）以及粘度调节剂、染料分散剂、低温调节剂等化学溶剂进行配比的。但因为各类染料分子的升华温度不同，为保证拉烟的染色效果一致，必须为每种颜色的彩烟剂选择温度合适的工业有机染料。同时，要使工业染料尽可能溶解到高沸点液体中，需要溶解度较高的化学溶剂。但是通常情况下，那些溶解度较高的化学溶剂几乎都有毒性，而相对无毒环保的化学溶剂通常溶解度又比较低。找到既无毒环保，又有较高溶解度的染料溶剂极其困难。
   若是选择的染料升华温度与战斗机发动机尾喷口的温度不匹配，比如说染料的升华点温度高于尾喷口高温燃气的温度，那么在拉烟过程中就会出现染料的升华量不足，彩色烟雾量不足，颜色偏淡。如果高沸点液体与有机染料和添加剂的溶解比例不合适，就会导致烟雾着色不均，在视觉上会看到混杂的白烟。这都会影响彩烟的色彩饱和度。最终配置彩烟剂的粘稠度是关系到拉烟系统的可靠性的重要因素之一。若是粘稠度过高、缺乏了流动性，就会造成向发动机尾喷口的喷射不畅，容易发生沉淀和管路的阻塞。
   而染料溶剂的安全性、环保无毒同样是重要的指标。80年代初，我国就成功研制了蓝、红、绿、紫、桔黄等彩色拉烟剂。当时该项科研成果达到了国际先进水平，获得了“军内科技进步一等奖”、”国防专用国家级科学技术进步三等奖”。但限于当时技术水平，这种彩烟剂内使用的染料溶剂是二甲笨、四氮化酞等剧毒的有机溶剂，严重危害接触彩烟剂的人员健康，地勤人员每次加注彩烟剂都需要使用防毒面具。

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烟雾的形成质量，则与发烟剂液滴大小、高温燃气的初始温度、有机染料与高沸点液体的融合情况以及发烟剂的加温时间（过程）等因素密切相关。
   所以因各种工业染料和化学溶剂的属性差异，彩烟剂的选配需要在成百上千种的工业染料、染料溶剂中进行比较筛选，在不同品类、不同比例的配比后进行大量的试验，才能选择最佳配方。比如说，在彩烟剂的初步研制出的时候，就有着上百种备选彩烟剂，其中仅红色烟剂就配制了“红Ⅰ号”、“红Ⅱ号”等三十多种试验用彩烟剂。这正是彩烟剂的研制技术上的麻烦点，加之投入资金多、成本高、收益不明朗，所以这看似不起眼的“彩烟剂”各国通常都是秘而不宣。
   对于新一代的“无毒环保、色彩鲜艳、色浓度高、烟雾量大、使用可靠”彩烟剂的研制从官八股上报道是2004-2006年间。自然再具体的技术信息就不多了，不过颇为有意思的插曲是其中，作为基础的高沸点液体在选择还曾用过我们日常烹调食用的豆油。无毒无害的环保性得到了充分保证，并且理论上也是可行的，也能拉出较为理想的彩烟，但由于食用豆油提纯度的问题，会造成发动机高温燃气的作用下的彩烟剂发生碳化问题，致使彩烟剂喷嘴局部阻塞，因而只能弃用。
   新一代彩烟剂的研制时期，我国八一飞行表演队使用的表演机型是歼7GB，随后换装歼-10所使用的涡扇发动机与前者的涡喷发动机，在燃气流量、喷口温度场分布等特性差异很大，所以说最新的彩烟剂的配方也是重新调整的。在此前的阅兵彩排中，很多现场的军迷、航空摄影师普遍反应对比去年八一飞行表演队在珠海航展，这次拉出的彩烟在空中滞留时间更长，效果更为理想，这背后的彩烟剂成分配比上想必又是有着一定调整。