空气阻力是我们在跑步，骑车过程中能直观感受来自大自然的“神秘力量”，同样阻力也是影响飞行性能，油耗的“拦路虎”之一。

飞行中都有哪些阻力在作祟呢？

飞行阻力是阻碍飞机前进的空气动力，其方向与运动方向相反、与相对气流方向一致。按产生原因不同可分为： 摩擦阻力、 压差阻力、 干扰阻力、 诱导阻力和 激波阻力。

我们来看看飞机设计中是如何应对空气阻力的

诱导阻力


喷火战斗机的水平安定面和垂尾采用与机翼相同的椭圆翼型设计

不知大家有没有注意到，椭圆翼型(elliptical wing）的喷火战斗机的比起老对手Bf-109 和Fw190的传统翼型优雅了许多，设计的背后是设计师Reginald Mitchell为了同时满足两个指标：薄机翼，同时也要能够装载可收放起落架和武器。这看似矛盾的指标，在Reginald的操刀下迎刃而解。值得一提的是，椭圆翼型同样也产生最小的诱导阻力。

“喷火”战斗机轻薄的机翼内藏着

7.7毫米机枪，弹药舱，起降灯等

升力诱导而产生的阻力称为“诱导阻力”，又称升致阻力。飞行时机翼下表面的压力比上表面的大，下翼面的高压气流会绕过翼尖,向上翼面的低压区流去,在翼尖部分形成旋涡，即翼尖涡。


美国海岸警卫队C-130 “大力神”产生的翼尖涡流


图片来源：NASA

根据诱导阻力系数公式，展弦比 AR （Aspect Ratio）和π为定值时，效率因素 e 越小，诱导阻力系数 Cdi也就越小，椭圆翼型的 e= 1.0，理论 e 值比其他所有翼型都高，根据公式所得， 椭圆翼型产生的诱导阻力也相应最低。

减少诱导阻力的方式有很多：比如说样式各异的翼尖小翼可以阻止下翼面的高压气流绕过翼尖，从而达到减少翼尖涡流和诱导阻力的目标。



波音家族翼尖小翼

（左：777上帆角小翼，右：737NG分离式小翼）



空客家族翼尖小翼

（A350XWB小翼，右：A320燕尾状小翼）

摩擦阻力

气流与飞机表面发生摩擦形成的阻力。摩擦阻力因附面层的存在而产生，紊流附面层摩阻比层流大。影响摩擦阻力的因素很多，如：物体表面光洁度、物体表面面积和空气的粘度等。

中国南方航空的客机平均每21天就对机体进行清洗，而完成对A380的清洗需要20个工作人员用8小时才可完成，大动干戈的背后一是为了提升公司品牌形象，二是为了提升飞机表面的光洁程度，减少昆虫污垢等附着物，从而达到减少摩擦阻力的效果。


图片来源：网易航空

现代干线客机普遍的巡航高度都在一万两千米左右，公务机最高在一万五千米巡航，随着升高的巡航高度，空气温度低且稀薄，空气分子的自由行程越大，冰冷的空气带来更低的空气粘度也就降低了摩擦阻力对飞机性能的影响，这也是为什么公务机普遍巡航马赫数要大于传统干线客机。


图片来源：Gulfstream.com

湾流G650ER公务机最大巡航高度可达15545米

作为比较，737NG的最大巡航高度为13000米

干扰阻力

干扰阻力由于各个部件组合在一起时，流动相互干扰产生的额外阻力增量。降低干扰阻力的办法：各部件的连接处加装流线型的“整流片”，使连接处圆滑过渡，减少“干扰阻力”。


F9F对机翼和机身连接处加装了整流片进行了光滑处理

F9F”黑豹“战斗机在翼尖加装了副油箱，增加航程的同时也减少了诱导阻力，可谓是“一举两得”。


空客A330NEO翼尖小翼的设计，和老款的A330CEO相比较下，没有了机翼和翼尖小翼连接处的角度，过度得更圆滑，减少了干扰阻力的产生。


高丽航空伊尔62

伊尔62的T尾上有着子弹形状的整流罩，也是为了降低水平安定面连接处造成的干扰阻力和压差阻力。

压差 阻力

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由于运动物体前后所形成的压强差所导致的。物体后部气流分离是形成前后压差的关键因素。压差阻力同物体的迎风面积、形状和在气流中的位置都有很大的关系，其大小主要取决于气流分离点的位置。


泪滴流线型产生最少的压差阻力

尴尬的是，一味地增加物体的流线性虽然会减少尾流，降低压差阻力。但同样也会延长物体长度从而增加表面积，会变相增加摩擦阻力，所以说形状设计上的取舍也同样重要。


Ju87斯图卡俯冲轰炸机使用起落架整流罩来降低压差阻力


737机翼后缘呈红色的襟翼整流罩可以降低压差阻力

激波 阻力

飞机跨音速或超音速飞行时，由于激波的形成而产生的阻力，简称波阻。从能量的观点来看，空气在通过激波时受到阻滞，气流速度骤降，由阻滞产生的热量来不及散布而加热了空气。加热所需的能量由消耗的动能而来。动能的消耗表示产生了一种特别的阻力。


通常有两种方式来降低波阻，一是采用尖锐前缘。二是减小机翼厚度（薄机翼）。这些特征在F-104“寡妇制造者”身上都可以找到。


F-104战斗机的黑历史有很多，被戏称为“寡妇制造者”和“载人的导弹”，它同时又是冷战时期出境率很高的一款截击机，设计中由于过度强调高速性能，6.68米的翼展被设计得短得“可爱”（塞斯纳172翼展为12米），机翼前缘最薄处只有区区的0.41毫米，地面人员不得不要小心其锋利的机翼前缘。F-104因此有着较小的机翼表面面积，在降低激波阻力上可谓是煞费苦心，也顺理成章的成为了美国空军首架服役突破两倍音速的战斗机。

对二维翼型，摩擦阻力和压差阻力之和称为 型阻，除了诱导阻力和激波阻力外，摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力的总和统称为 废阻力。低速飞机的阻力可分为 诱导阻力和废阻力。


问题来了

高尔夫球表面坑坑洼洼的这种设计的背后减少的是哪种阻力呢？

小伙伴们这回有答案了吧！