阻力
阻力(又称后曳力或流体阻力)是物体在流体中相对运动所产生与运动方向相反的力。对于一个在流体中移动的物体,阻力为周围流体对物体施力,在移动方向的反方向上分量的总和。而施力和移动方向垂直的分量一般则视为升力。因此阻力和物体移动方向恰好相反,像飞机前进时会产生推力来克服阻力的影响。
在航天动力学中,大气阻力可以视为太空飞行器在发射时的低效率,其影响则是在发射时需要额外的能量,不过在返回轨道时大气阻力有助于太空飞行器减速,可减少减速额外需要的能量,不过大气阻力产生的热量甚至可以将物体熔化。
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空气动力学中的阻力
飞行中飞机所受到的空气阻力。分成四大类。分别是摩擦阻力、压差阻力、寄生阻力及诱导阻力。
其中摩擦阻力、压差阻力、寄生阻力与速度的平方成正比,诱导阻力则与速度的平方成反比。飞行阻力是这四种阻力的合成。
诱导阻力
诱导阻力[1](或称感应阻力)是指飞行体在产生升力时,一并衍生的阻力。诱导阻力包括二个主要组成成分,一个是因为涡流而产生的阻力(涡流阻力),另一个则是额外产生的黏滞阻力。在飞行体通过空气时,其上表面及下表面的气流压强不同,但在飞行体尾端,上方及下方不同压强的气流会混合,产生紊流及涡流。
寄生阻力
寄生阻力是一物体在一不可压缩流体中移动所受到的阻力。寄生阻力中包括由秥滞力产生压强差的阻力(形状阻力)以及因表面粗糙度产生的阻力(表面摩擦阻力)。若物体附近有其他相邻近的物体,会产生干扰阻力,有时也会视为寄生阻力的一部分。
跨音速及超音速的波动阻力
波动阻力(压缩性阻力)是指一高速物体通过可压缩流体时所出现的阻力。在空气动力学中,依飞行速度的不同,波动阻力也可分为几种不同的组成成分。
在跨音速飞行(马赫数介于0.8及1.4之间)时,波动阻力是飞行体形成激波[2]后的结果。一般会出现在出现局部超音速流(局部流体马赫数大于1.0)的区域。实务上,当飞行体较音速低很多,但加速时部分区域的空气速度超过音速,就会出现局部超音速流。因此飞机附近的气流既有超音速流,也有低于音速的亚音速。飞机在跨音速飞行的正常运作过程中常会产生波动阻力,这种波动阻力常称为跨音速压缩性阻力。当马赫数接近1时,跨音速压缩性阻力会显著的上升,远大于同速度下的其他阻力。
在超音速飞行(马赫数大于1.0)时,会在飞行体的前缘及后缘出现斜激波。若速度非常高,或是飞行体转弯角度够大时,则会出现舷波(bow wave)。在超音速飞行时,阻力一般可以分为二个成分:超音速升力相关的波动阻力,及超音速体积相关的波动阻力。
布斯曼双翼机是一种特殊型式的飞行体,当依其设计速度航行时,完全不产生波动阻力,不过它本身无法产生升力。