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飞机的空气动力概述（二）

我们知道，飞机上的阻力主要有5种：摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力、诱导阻力和激波阻力等，前面

我们已经分析了摩擦阻力、压差阻力和干扰阻力的形成机理，这次课我们介绍诱导阻力和激波阻力的形成机

理。

（一）诱导阻力

当机翼产生升力时，机翼下表面的压力比上表面的大。由于机翼的翼展是有限的，下翼面的高压气流会

绕过翼尖流向上翼面，这样就使下翼面的流线由翼根向翼尖倾斜，而上翼面的流线则由翼尖向翼根倾斜，在

翼尖处形成反方向的翼尖自由涡。从机翼尾部看，左翼尖涡是顺时针旋转，右翼尖涡逆时针旋转。

因为空气有粘性，翼尖旋涡会带动它周围的空气一起旋转，这样翼尖涡流在机翼附近会产生诱导速度场，

在整个机翼展长范围内方向都是向下的，称为下洗速度。下洗速度的存在，改变了机翼的气流方向，使流过

机翼的气流向下倾斜而形成下洗流，下洗流与来流之间的夹角叫下洗角。

当气流流过机翼时，机翼上的升力是垂直于相对气流的。由于下洗速度的存在，气流流过机翼后向下倾

斜了一个角度，升力也应随之向后倾斜，与下洗流流速相垂直，即实际升力是和下洗流方向垂直的。把实际

升力分解成垂直于飞行速度方向和平行于飞行速度方向的两个分力。垂直于飞行速度方向的分力是我们经常

使用的升力；平行于飞行速度方向的分力则起着阻碍飞机前进的作用，成为一部分附加阻力。而这一部分附

加阻力，是同升力的存在分不开的，因此这一部分附加阻力称为诱导阻力。

为了减小飞机上的诱导阻力，可以采取增大机翼的展弦比、选择椭圆形机翼等合适的机翼平面形状、增

加翼梢小翼等方法。

（二）激波阻力

飞机在空气中飞行时，飞机前端对空气会产生扰动，这个扰动以扰动波的形式以音速传播，当飞机的速

度小于音速时，扰动波的传播速度大于飞机前进速度，因此可传遍四面八方；而当飞机以音速或超音速运动

时，扰动波的传播速度等于或小于飞机的前进速度，这样，后发生的扰动波就会同前面的扰动波叠加在一起，

形成较强的压缩波，空气遭到强烈的压缩最终形成激波。

从能量的角度来看，空气在通过激波时，受到薄薄一层稠密空气的阻滞，使得气流速度急骤降低，由阻

滞产生的热量来不及散布，使空气温度增加，加热所需的能量由消耗的动能而来。能量由动能转化为热能，

动能的消耗表示产生了一种特别的阻力。这一阻力由于随激波的形成而来，所以就叫做“波阻”。

在亚音速飞行情况下，机翼上只有摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力。而且在亚音速飞行时，机翼表面的

最大压力差比较靠前，机翼表面的压力分布沿着与飞行相反方向上的合力也不大，即阻力不是很大。而在超

音速飞行时，机翼表面压力分布变化非常大，最大压力差向后移动，而且向后倾斜加剧，同时它的绝对值也

有所增加。所以，如果不考虑机翼头部压力的升高，那么压力分布沿着与飞行方向相反方向的合力会急剧增

大，使得整个机翼的总阻力有很大的增加，附加部分的阻力就是波阻。由于它来自于机翼前后的压力差，所

以波阻实际上是一种压差阻力。当然，如果飞机或机翼的任何一点上的气流速度不超过音速，是不会产生激

波的，当然也不会产生波阻。

阻力对于飞机的飞行性能有很大的影响，特别是在高速飞行时，激波和波阻的产生，对飞机的飞行性能

的影响更大。这是因为波阻的数值很大，能够消耗发动机一大部分动力。例如当飞行速度在音速附近时，波

阻可能消耗发动机大约全部动力的四分之三，这时阻力系数会急骤增大，这就是由于飞机表面出现了激波和

波阻的缘故。当然，为了减小激波阻力对飞行性能的影响，设计时通过增大机翼后掠角、减小机翼厚度等可

有效减小激波阻力。

（三）总阻力

摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力中，只有诱导阻力与升力有关，所以诱导阻力也称升致阻力。

而摩擦阻力、压差阻力和干扰阻力都与升力无关，通常称为零升阻力。飞机的总阻力是诱导阻力和零升阻力

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之和。

总阻力随飞行速度和迎角的不同而变化。在低速飞行时，为了得到足够大的升力，飞机要以较大的迎角

飞行，这样才能保证机翼上下表面有较大的压力差，此时形成的翼尖自由涡强度也比较大，使诱导阻力大；

相反的，飞行速度高时，则诱导阻力小。所以，诱导阻力是随着飞行速度的增大而降低的。零升阻力是由于

空气的粘性而产生的，飞行速度越高，飞机表面对气流的阻滞力越大，零升阻力也越大，所以零升阻力是随

着速度的增大而增大的。在起飞和着陆等低速飞行阶段，诱导阻力大于零升阻力，诱导阻力占主要位置；在

高速巡航飞行时，零升阻力则占主导