[科普中国]-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

简介压差阻力简称压阻，是物面压力所引起的阻力。2

“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。

成因压差阻力是飞机飞行时，各个部件前后所受的空气动力的压力差所形成的一种阻力。这里首先要搞清楚模型飞行时各个部件周围的压力分布。就以机身来说，当飞行方向与机身纵轴线平行时，由机身前方流来的气流，将从机身上下和两侧绕流过去，但它们的速度都有不同程度的下降。流过机身上下两面的气流变化过程是:前方来的气流撞在机身正前方纵轴线上的那一点时分成两股，先转过一个90度，再沿着机身向后流去，这点的气流速度为零，称为气流的驻点，其静压值达到最大。这点以外的气流虽然速度不是零，但越靠近这点的气流，速度越低。随着与这点距离的加大，气流的速度则不断地增大，直到不受影响。总的来说，气流在机身前方因受阻挡而形成一个低速区，同时在机身前面产生了一个高压区。气流流过机头后的情况与流过机翼上表面的情况一样，当气流产生分离后，它就不再沿着机身流动，其速度也不再继续减慢，以至在流过机身后端时，其速度大于在机身前端时的速度，静压力也就比前端处小。这样，气流在机身前端的压力，大于在后端的压力，因而形成了压力差。 在了解了压差阻力的形成过程后，就可以知道产生压差阻力的根本原因也是空气粘性。如果空气没有粘性，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。空气的粘性无法消除，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，但它直接弓l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。

影响因素物体形状对压差阻力也有很大的作用。把一块圆形的平板，垂直地放在气流中。流经它的气流会很快发生分离，分离点后产生大量的涡流，使平板前后形成很大的压差阻力。如果在圆形平板的前面加上一个圆锥体，它的迎风面积并没有改变，但形状却变了。平板前面的高压区，这时被圆锥体填满了。气流可以平滑地流过，压强不会急剧升高，同时，气流的分离点向后移动，使木板后的涡流区变小。虽然这时平板后面仍有气流分离，低压区仍然存在，但是前后的压强差却大为减少，因而压差阻力必然会降低到原来平板压差阻力的大约五分之一。

如果在平板后面再加上一个细长的圆锥体，把充满旋涡的低压区也填满，气流分离点出现的更晚，使得物体后面只出现很少的旋涡，那么实验证明压差阻力将会进一步降低到原来平板的大约二十到二十五分之象这样前端圆纯、后面尖细，象水滴或雨点似的物体，叫做“流线型物体”，简称“流线体”。在迎风面积相同的条件下，它的压差阻力最小。这时阻力的大部分是摩擦阻力。除了物体的迎风面积和形状外，物体在气流中的位置也影响到压差阻力的大小。

迎面阻力物体上的摩擦阻力和压差阻力合起来叫做“迎面阻力”。一个物体，究竟哪一种阻力占主要部分，这要取决于物体的形状和位置。如果是流线体，那么它的迎面阻力中主要部分是摩擦阻力。如果形状远离流线体的式样，那么压差阻力占主要部分，摩擦阻力则居次要位置，而且总的迎面阻力也较大。

压差阻力与迎角根据翼型上下表面各处的压强 ,可以绘制出机翼的压强分布图（压力分布图），如图所示。图中自表面向外指的箭头 ,代表吸力; 指向表面的箭头, 代表压力。箭头都与表面垂直，其长短表示负压（与吸力对应）或正压（与压力对应）的大小。由图可看出, 上表面的吸力占升力的大部分。靠近前缘处稀薄度最大，即这里的吸力最大。

由图可见，机翼的压强分布与迎角有关。在迎角为零时，上下表面虽然都受到吸力，但总的空气动力合力R并不等于零。随着迎角的增加，上表面吸力逐渐变大，下表面由吸力变为压力，于是空气动力合力R迅速上升，与此同时，翼型上表面后缘的涡流区也逐渐扩大。在一定迎角范围内，R是随着迎角a的增加而上升的。但当a大到某一程度，再增加迎角，升力不但不增加反而迅速下降，这种现象我们叫做“失速”。失速对应的迎角就叫做“临界迎角”或“失速迎角”。3