壓差阻力

壓差阻力簡稱壓阻，是物面壓力所引起的阻力。

壓差阻力同物體的迎風面積、形狀和在氣流中的位置都有很大的關係。

用刀把一個物體從當中剖開，正對著迎風吹來的氣流的那塊面積就叫做“迎風面積”。如果這塊面積是從物體最粗的地方剖開的，這就是最大迎風面積。從經驗和實驗都不難證明：形狀相同的物體的最大迎風面積愈加大，壓差阻力也就愈加大。

基本介紹

• 中文名：壓差阻力
• 外文名：Pressure drag
• 所屬學科：物理
• 目的：學術研究
• 簡稱：壓阻
• 定義：物面壓力所引起的阻力

飛機的阻力

空氣動力沿氣流方向的分力阻礙飛機在空氣中前進的力稱為阻力，機翼的阻力包括壓差阻力、摩擦阻力和誘導阻力。
壓差阻力：相對氣流流過機翼時，機翼前緣的氣流受阻，流速減慢，壓力增大；而機翼後緣氣流分離，形成渦流區，壓力減小。這樣，機翼前後產生壓力差形成阻力。這個阻力稱為 壓差阻力。 這點可以作如下理解：高速行駛的汽車後面時常揚起塵土，就是由於車後渦流區的空氣壓力小，吸起灰塵的緣故。
摩擦阻力：在飛行中，空氣貼著飛機表面流過，由於空氣具有粘性，與飛機表面發生摩擦，產 生了阻止飛機前進的摩擦阻力。
誘導阻力：伴隨升力的產生而產生的阻力稱為誘導阻力。誘導阻力主要來自機翼。當機翼產生升力時，下表面的壓力比上表面的壓力大，下表面的空氣會繞過翼尖向上表面流去，使翼尖氣流發生扭轉而形成翼尖渦流。翼尖氣流扭轉，產生下洗速度，氣流方向向下傾斜，形成洗流升力亦隨之向後傾斜。日常生活中，我們有時可以看到，飛行中的飛機翼尖處拖著兩條白霧狀的渦流索。這是因為旋轉著的翼尖渦流內壓力很低，空氣中的水蒸汽因膨脹冷卻，凝結成水珠，顯示出了翼尖渦流的軌跡。
干擾阻力：飛機飛行中各部分氣流互相干擾所引起的阻力稱之為干擾阻力。

簡介

壓差阻力簡稱壓阻，是物面壓力所引起的阻力。

“壓差阻力”的產生是由於運動著的物體前後所形成的壓強差所形成的。壓強差所產生的阻力就是“壓差阻力”。壓差阻力同物體的迎風面積、形狀和氣流中的位置都有很大的關係。

成因

壓差阻力是飛機飛行時，各個部件前後所受的空氣動力的壓力差所形成的一種阻力。這裡首先要搞清楚模型飛行時各個部件周圍的壓力分布。就以機身來說，當飛行方向與機身縱軸線平行時，由機身前方流來的氣流，將從機身上下和兩側繞流過去，但它們的速度都有不同程度的下降。流過機身上下兩面的氣流變化過程是:前方來的氣流撞在機身正前方縱軸線上的那一點時分成兩股，先轉過一個90度，再沿著機身向後流去，這點的氣流速度為零，稱為氣流的駐點，其靜壓值達到最大。這點以外的氣流雖然速度不是零，但越靠近這點的氣流，速度越低。隨著與這點距離的加大，氣流的速度則不斷地增大，直到不受影響。總的來說，氣流在機身前方因受阻擋而形成一個低速區，同時在機身前面產生了一個高壓區。氣流流過機頭後的情況與流過機翼上表面的情況一樣，當氣流產生分離後，它就不再沿著機身流動，其速度也不再繼續減慢，以至在流過機身後端時，其速度大於在機身前端時的速度，靜壓力也就比前端處小。這樣，氣流在機身前端的壓力，大於在後端的壓力，因而形成了壓力差。 在了解了壓差阻力的形成過程後，就可以知道產生壓差阻力的根本原因也是空氣粘性。如果空氣沒有粘性，它流過物體時就不會產生摩擦，也就不會損失它的能量而停止流動，並產生氣流的分離。空氣的粘性無法消除，那么如何減少壓差阻力呢?可從兩個方面著手。氣流的分離雖然不是壓差阻力的根源，但它直接弓l起了壓力差的產生。如果氣流在機身上分離得越晚，分離後的氣流速度越慢，機身後端的壓力就越高，壓差就越小。因此推退氣流分離可減小壓差阻力。要知道，氣流流過不同形狀的物體時，其分離情況是不同的:氣流流過垂直於氣流的平板邊緣後就開始分離，壓差阻力很大，氣流流過圓球時的分離比平板晚，壓差阻力也比平板小;氣流流過流線形物體時分離得很晚，壓差阻力就很小。所以，為了減少模型的壓差阻力，應儘可能地將與氣流接觸的部件做成流線形。 另一方面，同樣外形的物體，如迎風面越大，作用在上面的壓力差也越大。所以，我們在注意外形的前提下，還應盡越能地減小迎風面面積。

影響因素

物體形狀對壓差阻力也有很大的作用。把一塊圓形的平板，垂直地放在氣流中。流經它的氣流會很快發生分離，分離點後產生大量的渦流，使平板前後形成很大的壓差阻力。如果在圓形平板的前面加上一個圓錐體，它的迎風面積並沒有改變，但形狀卻變了。平板前面的高壓區，這時被圓錐體填滿了。氣流可以平滑地流過，壓強不會急劇升高，同時，氣流的分離點向後移動，使木板後的渦流區變小。雖然這時平板後面仍有氣流分離，低壓區仍然存在，但是前後的壓強差卻大為減少，因而壓差阻力必然會降低到原來平板壓差阻力的大約五分之一。

如果在平板後面再加上一個細長的圓錐體，把充滿旋渦的低壓區也填滿，氣流分離點出現的更晚，使得物體後面只出現很少的旋渦，那么實驗證明壓差阻力將會進一步降低到原來平板的大約二十到二十五分之象這樣前端圓純、後面尖細，象水滴或雨點似的物體，叫做“流線型物體”，簡稱“流線體”。在迎風面積相同的條件下，它的壓差阻力最小。這時阻力的大部分是摩擦阻力。除了物體的迎風面積和形狀外，物體在氣流中的位置也影響到壓差阻力的大小。

迎面阻力

物體上的摩擦阻力和壓差阻力合起來叫做“迎面阻力”。一個物體，究竟哪一種阻力占主要部分，這要取決於物體的形狀和位置。如果是流線體，那么它的迎面阻力中主要部分是摩擦阻力。如果形狀遠離流線體的式樣，那么壓差阻力占主要部分，摩擦阻力則居次要位置，而且總的迎面阻力也較大。

壓差阻力與迎角

根據翼型上下表面各處的壓強 ,可以繪製出機翼的壓強分布圖（壓力分布圖），如圖所示。圖中自表面向外指的箭頭 ,代表吸力; 指向表面的箭頭, 代表壓力。箭頭都與表面垂直，其長短表示負壓（與吸力對應）或正壓（與壓力對應）的大小。由圖可看出, 上表面的吸力占升力的大部分。靠近前緣處稀薄度最大，即這裡的吸力最大。

迎角對機翼壓力分布的影響

由圖可見，機翼的壓強分布與迎角有關。在迎角為零時，上下表面雖然都受到吸力，但總的空氣動力合力R並不等於零。隨著迎角的增加，上表面吸力逐漸變大，下表面由吸力變為壓力，於是空氣動力合力R迅速上升，與此同時，翼型上表面後緣的渦流區也逐漸擴大。在一定迎角範圍內，R是隨著迎角a的增加而上升的。但當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，這種現象我們叫做“失速”。失速對應的迎角就叫做“臨界迎角”或“失速迎角”。