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阻力(又稱後曳力或流體阻力)是物體在流體中相對運動所產生與運動方向相反的力。對於一個在流體中移動的物體,阻力為周圍流體對物體施力,在移動方向的反方向上分量的總和。而施力和移動方向垂直的分量一般則視為升力。因此阻力和物體移動方向恰好相反,像飛機前進時會產生推力來克服阻力的影響。

航天動力學中,大氣阻力可以視為太空飛行器在發射時的低效率,其影響則是在發射時需要額外的能量,不過在返回軌道時大氣阻力有助於太空飛行器減速,可減少減速額外需要的能量,不過大氣阻力產生的熱量甚至可以將物體熔化。

空氣動力學中的阻力

飛行中飛機所受到的空氣阻力。分成四大類。分別是摩擦阻力、壓差阻力、寄生阻力及誘導阻力。

其中摩擦阻力、壓差阻力、寄生阻力與速度的平方成正比,誘導阻力則與速度的平方成反比。飛行阻力是這四種阻力的合成。

誘導阻力

誘導阻力[1](或稱感應阻力)是指飛行體在產生升力時,一併衍生的阻力。誘導阻力包括二個主要組成成分,一個是因為渦流而產生的阻力(渦流阻力),另一個則是額外產生的黏滯阻力。在飛行體通過空氣時,其上表面及下表面的氣流壓強不同,但在飛行體尾端,上方及下方不同壓強的氣流會混合,產生紊流及渦流。

寄生阻力

寄生阻力是一物體在一不可壓縮流體中移動所受到的阻力。寄生阻力中包括由秥滯力產生壓強差的阻力(形狀阻力)以及因表面粗糙度產生的阻力(表面摩擦阻力)。若物體附近有其他相鄰近的物體,會產生干擾阻力,有時也會視為寄生阻力的一部分。

跨音速及超音速的波動阻力

波動阻力(壓縮性阻力)是指一高速物體通過可壓縮流體時所出現的阻力。在空氣動力學中,依飛行速度的不同,波動阻力也可分為幾種不同的組成成分。

在跨音速飛行(馬赫數介於0.8及1.4之間)時,波動阻力是飛行體形成激波[2]後的結果。一般會出現在出現局部超音速流(局部流體馬赫數大於1.0)的區域。實務上,當飛行體較音速低很多,但加速時部分區域的空氣速度超過音速,就會出現局部超音速流。因此飛機附近的氣流既有超音速流,也有低於音速的亞音速。飛機在跨音速飛行的正常運作過程中常會產生波動阻力,這種波動阻力常稱為跨音速壓縮性阻力。當馬赫數接近1時,跨音速壓縮性阻力會顯著的上升,遠大於同速度下的其他阻力。

在超音速飛行(馬赫數大於1.0)時,會在飛行體的前緣及後緣出現斜激波。若速度非常高,或是飛行體轉彎角度夠大時,則會出現舷波(bow wave)。在超音速飛行時,阻力一般可以分為二個成分:超音速升力相關的波動阻力,及超音速體積相關的波動阻力。

布斯曼雙翼機是一種特殊型式的飛行體,當依其設計速度航行時,完全不產生波動阻力,不過它本身無法產生升力。

視頻

阻力 相關視頻

物理:阻力作用
阻力是如何形成的?

參考文獻

  1. 什麼是誘導阻力?,知乎
  2. 4.3 激 波,南京航空航天大學,2013-10-26