寄生阻力

寄生阻力（Parasitic drag）也称附加阻力、杂散阻力或废阻力，是指物体在流体中运动，由于流体黏度或压强差所造成之阻力。寄生阻力主要可以分为形状阻力（form drag）、表面摩擦力或摩擦阻力（Skin friction）及干扰阻力（interference drag）三种、其中形状阻力及表面摩擦力之和也称为型阻（profile drag）。

飞机在飞行时，除了寄生阻力外，也会由于翼面产生升力而出现诱导阻力，低速时由于飞机要维持升力，需要加大攻角，而诱导阻力也随之提高。当速度提高时，诱导阻力下降，由于物体和流体之间的相对速度提高，寄生阻力也随之提高。若速度已到达穿音速或超音速时，除了寄生阻力及诱导阻力外，还会产生波动阻力（英语：wave drag）。

其中速度提高时，诱导阻力下降，其他阻力却随之上升，因此总阻力会在某一速度时出现最小值，若飞机以此速度航行，其效率会等于或接近其最佳效率。飞行员会以此速度来使滑翔距离最大化。不过若要使续航力最大化，飞机的速度需保持在需输出功率最小的速度，此速度一般会比对应最小阻力的速度要小。在最小阻力点，零升力阻力系数（英语：Zero-lift drag coefficient）C_D,o（当升力为零时的阻力系数）会等于诱导阻力系数C_D,i。但在输出功率最小的速度，零升力阻力系数会是诱导阻力系数的三分之一。阻力可以用下式来表示：

${\displaystyle F_{drag}={\frac {1}{2}}\rho V^{2}A_{s}C_{D}}$

其中

${\displaystyle C_{D}=C_{D,o}+C_{D,i}}$

而

${\displaystyle C_{D,i}=KC_{L}^{2}}$是诱导阻力系数

形状阻力

形状及流场	形状 阻力	摩擦 阻力
	0%	100%
	~10%	~90%
	~90%	~10%
	100%	0%

形状阻力或是压差阻力，是指因物体形状而产生的阻力。在物体和流体之间有相对运动时，物体会影响流场的分布，使得物体后方的流体压强小于前方的流体压强，因此产生形状阻力。

由于流体和物体的速度不同，在物体边缘会有一区域的流体速度接近物体的速度，此区域称为边界层，若物体截面积变化较大，会使边界层分离的情形提早出现，边界层分离后，物体后方的流体压强会下降，也会增加其形状阻力。流线型的设计会渐进的改变物体的截面积，其目的也是为了减少形状阻力^[1]。形状阻力和速度的平方呈正比，因此在高速飞行中格外重要。

表面摩擦力

表面摩擦力或摩擦阻力（Skin friction）是来自流体和有相对运动物体“表面”的摩擦力，和湿表面积（即物体和流体接触的表面积）有关。表面摩擦力和寄生阻力中的其他成分类似，可以用阻力方程表示，而且大约和速度平方成正比。

表面摩擦力系数${\displaystyle C_{f}}$可以用下式定义^[2]：

${\displaystyle C_{f}\equiv {\frac {\tau _{w}}{{\frac {1}{2}}\,\rho \,U_{\infty }^{2}}}}$

其中

${\displaystyle \tau _{w}}$为局部的壁剪应力

${\displaystyle \rho }$为流体密度

${\displaystyle U_{\infty }}$为自由流场的速度（一般会取不在边界层内区域的速度）

表面摩擦力系数和动量厚度有以下的关系：

${\displaystyle C_{f}=2{\frac {d\theta }{dx}}}$

干扰阻力

干扰阻力是空气流经邻近的二物体时，二个对流场的影响互相干扰，因而产生的阻力。例如飞机的机身、机翼及引擎单独放在流场中都会产生阻力，但将其组成一个整体后，其总阻力会比其个别阻力的和要大，干扰阻力就是说明此非线性的效果。

干扰阻力容易出现在二零件的交接处，例如飞机的机身及机翼的交接处，若在交接处增加镶片，使其交接处也呈流线性，可以减少干扰阻力的产生^[3]。

相关

• 流体力学
• 飞行阻力

脚注

1. 王怀柱，揭开飞行的奥秘，p3-4
2. Robort W. Fox, Introduction to Fluid Mechanics, p.406
3. 王怀柱，揭开飞行的奥秘，p3-8

参考资料

• 王怀柱. 揭開飛行的奧秘. 台北: 全华. 2010. ISBN 978-957-21-6422-8.
• Robert W. Fox, Alan T.McDonald. Introduction to Fluid Mechanics. USA: John Wiley & Sons. 1994. ISBN 0-471-59274-9.