2025
诱导阻力
— Aircraft Cockpit Instruments —
引言
在人类征服天空的历程中，空气动力学始终是核心科学命题。当我们惊叹于现代客机优雅的巡航姿态时，鲜少注意到机翼末端那看不见的湍流漩涡——正是这些被称作【翼尖涡流】的空气运动，揭示着飞行器必须克服的重要阻力来源：诱导阻力。
朋友们，大家好，今天与大家共同学习一下：诱导阻力。与直观的摩擦阻力不同，诱导阻力是产生升力时必然伴随的「隐形代价」。
当机翼将气流向下偏转以获取升力时，高压的下表面气流会绕过翼尖涌向上方低压区，形成螺旋状的涡流结构。这种三维流动效应不仅导致能量耗散，更使有效升力方向发生偏转，最终在飞行方向上形成阻力分量。
——图片来源于网络
有趣的是，鸟类滑翔时展开的翅尖羽毛，恰好暗合了人类工程师设计的翼梢小翼原理，自然界与工程学在此达成了跨越时空的默契。
接下来，先简单了解一下诱导阻力的定义：
诱导阻力定义
由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。
为了更好理解诱导阻力，我们需要学习几个概念：
1. 翼尖涡的形成
正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面
由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向，于是就形成旋涡，并在翼尖卷成翼尖涡，翼尖涡向后流即形成翼尖涡流。
为了进一步理解翼尖涡，使得我们可以更加形象地理解，我们可以通过两幅图来协助：
当飞机在两个翼尖部位形成旋涡以后，则在翼展范围内形成额外的向下的气流（如红色箭头所示），而翼展之外，因翼尖涡的作用，则形成向上的气流（如黄色箭头所示）。
简单总结一下
在翼展流动范围内，翼尖涡将引起气流向下运动
在翼展流动范围外，翼尖涡将引起气流向上运动
下洗速度的存在，改变了翼型的气流方向，使流过翼型的气流向下倾斜，这个向下倾斜的气流称为下洗流，下洗流与相对气流之间的夹角称为下洗角ε。
因为翼尖涡的存在，形成了一个向下的气流，如此相当于改变了原来相对气流的方向。那么下洗对迎角的影响是怎样的呢？
通过平移原来相对气流，可以得到原来飞机迎角。而因为翼尖涡的诱导，导致气流下洗，使得相对气流发生改变：
相对气流的改变，使得迎角发生变化，导致形成【新飞机迎角】，通过上图可以发现，原来飞机迎角与新飞机迎角刚好差距一个下洗角的大小。
为此，将下洗气流与翼弦之间的夹角称为有效迎角，即真正产生气动力的迎角。
简单总结一下
1. 如果相对气流速度不变，下洗增强，下洗角变大。
2. 如果下洗不变，相对气流速度增加，下洗角减小。
由于翼尖涡的存在，导致气流下洗，从而改变飞行速度的方向，而额外产生阻碍飞机前进的力，即诱导阻力。
那么影响诱导阻力的因素有哪些呢？
1.机翼平面形状（椭圆形机翼的诱导阻力最小）
2. 展弦比越大，诱导阻力越小
低展弦比使得翼尖涡变强，诱导阻力增加；高展弦比使得翼尖涡减弱，从而诱导阻力变小。
通俗来讲，低展弦比的飞机，空气沿着机翼流动，最后形成翼尖涡，而高展弦比的飞机，同理，只是空气走过的距离更长，更长的距离使得能量损失更多，从而导致高展弦比的飞机，形成的翼尖涡的强度更弱。
3. 升力越大，诱导阻力越大
升力越大，上下压力差越大，使得翼尖涡更强，从而下洗越强，即诱导阻力更大。
3. 平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比
飞行速度越大，下洗角越小，即诱导阻力越小。
4. 翼梢小翼可以减小诱导阻力
类型 I
类型 II
现代航空数据显示，诱导阻力在巡航阶段可占据总阻力的40%，这使得其优化成为提升燃油效率的关键。从莱特兄弟的层流翼型到空客A350的鲨鳍小翼，工程师们通过展弦比优化、气动扭转设计等创新，持续探索着升阻平衡的艺术。理解这种「升力的影子」，不仅能揭示飞行器设计的核心逻辑，更为未来绿色航空技术提供科学支点。
【END】
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