[科普中国]-黏性压差阻力

飞机的阻力

空气动力沿气流方向的分力阻碍飞机在空气中前进的力称为阻力，机翼的阻力包括压差阻力、摩擦阻力和诱导阻力。
压差阻力：相对气流流过机翼时，机翼前缘的气流受阻，流速减慢，压力增大；而机翼后缘气流分离，形成涡流区，压力减小。这样，机翼前后产生压力差形成阻力。这个阻力称为压差阻力。 这点可以作如下理解：高速行驶的汽车后面时常扬起尘土，就是由于车后涡流区的空气压力小，吸起灰尘的缘故。
摩擦阻力：在飞行中，空气贴着飞机表面流过，由于空气具有粘性，与飞机表面发生摩擦，产 生了阻止飞机前进的摩擦阻力。
诱导阻力：伴随升力的产生而产生的阻力称为诱导阻力。诱导阻力主要来自机翼。当机翼产生升力时，下表面的压力比上表面的压力大，下表面的空气会绕过翼尖向上表面流去，使翼尖气流发生扭转而形成翼尖涡流。翼尖气流扭转，产生下洗速度，气流方向向下倾斜，形成洗流升力亦随之向后倾斜。日常生活中，我们有时可以看到，飞行中的飞机翼尖处拖着两条白雾状的涡流索。这是因为旋转着的翼尖涡流内压力很低，空气中的水蒸汽因膨胀冷却，凝结成水珠，显示出了翼尖涡流的轨迹。
干扰阻力：飞机飞行中各部分气流互相干扰所引起的阻力称之为干扰阻力。1

定义黏性压差阻力是指因气流黏性作用引起物面压力分布变化所形成的阻力。2

流体的黏性假设有一股直匀流（速度均一，方向和大小不变），顺着流动方向放置一块无限薄的平板，流体的实际速度黏性流体流过物面时的速度分布分布就变为右图所示。流体在没有流到平板以前速度原是均一的，一流到平板上，直接贴着平板的那层流体速度降为零（即满足物面无滑移条件）；沿着法线向外，流体速度逐渐由零变大（即存在速度梯度），直到离平板相当远的地方流速才和原来没有显著差别。

生活中，比如河里的流水，靠岸处的水流就比河中心的水流慢些。

黏性的本质流体分子在不停地进行着不规则的热运动，不论流体是静止状态还是流动状态。这种不规则的热运动会使不同流层中的气体质量进行交换，而流体各层速度不同的话，邻层的两个流体分子的动量也不同。邻层之间既有质量交换，必有动量交换。快层流体分子由于热运动跑到慢层流体分子中，便从快层流动带走一份动量到慢层流动里，从而加快了慢层流体流动；反之，慢层流体分子由于热运动跑到快层流体分子中，便从慢层流动带走一份动量到快层流动里，从而减慢了快层流体流动。

所以，黏度只决定于分子的热运动速度，而流体的温度正是分子热运动的动能的一个直接标志，因此同一流体的黏度只决定于流体的温度，而与压强无关。

液体和气体的动力黏性系数随温度变化的趋势相反，因为它们产生黏性的物理原因不同，前者主要来自于液体分子间的内聚力，黏度与温度成正比；后者主要来自于气体分子的热运动，黏度与温度成反比。

压差阻力压差阻力简称压阻，是物面压力所引起的阻力。

“压差阻力”的产生是由于运动着的物体前后所形成的压强差所形成的。压强差所产生的阻力就是“压差阻力”。压差阻力同物体的迎风面积、形状和气流中的位置都有很大的关系。

黏性与阻力产生压差阻力的根本原因也是空气黏性。如果空气没有黏性，它流过物体时就不会产生摩擦，也就不会损失它的能量而停止流动，并产生气流的分离。空气的黏性无法消除，那么如何减少压差阻力呢?可从两个方面着手。气流的分离虽然不是压差阻力的根源，但它直接引起了压力差的产生。如果气流在机身上分离得越晚，分离后的气流速度越慢，机身后端的压力就越高，压差就越小。因此推退气流分离可减小压差阻力。要知道，气流流过不同形状的物体时，其分离情况是不同的:气流流过垂直于气流的平板边缘后就开始分离，压差阻力很大，气流流过圆球时的分离比平板晚，压差阻力也比平板小;气流流过流线形物体时分离得很晚，压差阻力就很小。所以，为了减少模型的压差阻力，应尽可能地将与气流接触的部件做成流线形。 另一方面，同样外形的物体，如迎风面越大，作用在上面的压力差也越大。所以，我们在注意外形的前提下，还应尽越能地减小迎风面面积。