阻力是作用在物體表面的兩種不同類型的應力引起的。首先是壁面剪應力，這些應力與物體表面相切，是由流體粘性產(chǎn)生的摩擦力引起的。其次是壓力應力，它們垂直于物體表面，是由物體周圍的壓力分布引起的。阻力是流動方向上兩個應力的結(jié)果，因此如果我們確切地知道應力是如何分布在物體表面上的，我們就可以對其進行積分以獲得總阻力。

由剪應力引起的阻力分量稱為摩擦阻力，由壓力應力引起的阻力分量稱為壓差阻力或形狀阻力。對于像球體這樣的鈍體，壓差阻力最為顯著，它本質(zhì)上是由球體前后的壓力差形成的。當發(fā)生流動分離時，即流體邊界層與主體分離形成再循環(huán)流尾跡，在物體后面產(chǎn)生低壓分離區(qū)，壓差阻力就會顯著增大。流動分離還會導致渦流脫落，從而產(chǎn)生不必要的振動。

流動分離

這就是高爾夫球有凹坑的原因，凹坑會產(chǎn)生湍流，從而延緩流動分離，減少阻力并使球飛得更遠。這種使用湍流來延緩流動分離并減小壓差阻力的想法，也是一些飛機機翼安裝小型渦流發(fā)生器的原因。在流體中移動的物體，如普通機翼或潛艇，通常被設計成淚滴狀的流線型，以最大限度地減少流動分離的影響。對于一個非常流線型的翼型來說，在一個比較小的攻角之下，壓差阻力是比較小的，因為流動分離明顯延遲或根本不發(fā)生。

摩擦阻力

我們之前看到湍流延遲了流動分離，從而降低了壓差阻力，但對于摩擦阻力，卻有相反的效果。層流邊界層和湍流邊界層有非常不同的速度分布，壁面上的速度梯度在湍流邊界層中比在層流邊界層中更陡，因此湍流會產(chǎn)生更大的剪應力。因此，為了減少摩擦阻力，我們需要推遲向湍流過渡的時間，并在物體周圍盡可能大的距離內(nèi)保持層流。

工程師們經(jīng)常從大自然中尋找靈感，鯊魚因其獨特的皮膚微觀結(jié)構(gòu)而受到特別關(guān)注。鯊魚皮膚包含與流動方向?qū)R的微觀脊，這些脊改變了近壁面湍流邊界層，具有減小摩擦阻力的作用。研究表明，用類似微結(jié)構(gòu)的人造鯊魚皮對商用客機進行涂覆，可以將其總阻力降低2%，從而為航空業(yè)節(jié)省大量燃料。

總結(jié)

我們知道壓力應力和剪應力是阻力的兩個基本原因。在某些情況下，阻力的具體組成部分是根據(jù)它們的產(chǎn)生方式來命名的，即使它們只是不同形式的壓差阻力或摩擦阻力。例如，在航空領(lǐng)域，三個重要的阻力是誘導阻力、波阻力和干擾阻力。