激波阻力

飞行器的前端在空中飞行时对空气产生扰动，这种扰动以扰动波的形式传播，当飞行器的速度小于音速时，扰动波的传播速度大于飞行器的前进速度，所以它的传播方式是四向传播；而当飞行器的速度大于音速或超音速时，扰动波的传播速度等于或小于飞行器的前进速度，这样，后续时间的扰动就会与已有的扰动波叠加，形成一个较强的波，空气受到强烈的压缩，从而形成激波。

当空气通过激波时，被薄薄的一层浓密的空气所阻滞，使气流速度急剧下降，由于阻滞所产生的热量来不及散开，便使空气受热。热能是通过消耗动能而产生的。能量在此发生转换，由动能转换为热能。消耗动能就意味着会产生特殊的阻力。这种阻力来自于随激波的形成，因此被称为“波阻”。按照能量的观点，波阻力就是这样产生的。

由压强分布可以看出，机翼内波阻力的产生大致如下：根据对机翼的实验，在超音速飞行中，机翼内波阻力的分布如图所示。对于亚音速飞行，机翼上仅存在摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力。其压力分布情况见图中虚线。对比图中两种不同飞行情况的压强分布，可以看出：在亚音速飞行情况中，最大稀薄度位于前，而压强分布沿相反飞行方向的合力，不是很大，也就是阻力不大，而阻力包括翼型阻力和诱导阻力。

但超音速飞行时，压强分布变化很大，最大稀薄度向后远移至尾部，并且向后倾斜很大，其绝对值也随之增大。所以，如果没有考虑到翼头压力的增加，那么沿飞行反方向压强分布的合力，就会急剧增加，从而使整个机翼的总阻力都有较大的增加。这个额外部分的阻力是波阻力。因为它来自机翼前后的压差，所以波阻力实际上就是压差阻力。如果飞机或机翼上任何一点的气流速度没有超过音速，就不会产生激波和波阻。

阻抗对飞机的飞行性能有着重要的影响，尤其是在高速飞行中产生的激波和波阻抗，对飞机的飞行性能影响更大。因为波阻的数值很大，可以消耗引擎的大部分能量。举例来说，如果飞行速度接近音速，波阻就会消耗发动机约四分之三的能量。此时，阻力系数Cx急剧增加几倍。那是因为在飞机上出现了激波和波阻。

根据上述原理，波阻的大小明显与激波的形状有关，激波的形状在飞行M数不变的情况下是相同的；这也主要取决于物体或飞机的形状，尤其是头部的形状。以相对于飞行速度(或气流速度)为垂直或倾斜状态，有两种不同的形状：正激波和斜激波。竖直为正激波，倾斜为斜激波。

当飞过M数大于1时(例如M等于2)，如果物体的头部被削尖，就像矛头或刀刃一样，产生斜激波；如果物体的头部是波状或圆状，就在物体前面产生正激波。正激波沿上、下两端逐渐倾斜，远端变为斜激波，最后减弱为弱扰动的边界波。斜冲击波也是如此，到了终点，逐渐减弱并转变为边界波。空气流经正激波后的一小片空间，消耗大量动能，从超音速一直降到亚音速，形成一个亚音速区。

激波形还受M数的大小影响。如果M数等于1或者略大于1(例如M=1.042)，就在像炮弹一样的尖端物体前面形成正激波。当M数超过1相当多(例如M=2.479)时，斜激波就形成了。

与斜激波相比，正激波的波阻更大，因为在正激波作用下，空气被严重压缩，激波后空气压强增大，密度增大，激波的强度增大，当超音速气流通过时，空气微团受到最强的阻滞，速度大大降低，动能消耗很大，说明产生的波阻也很大；相反，斜激波对气流的阻滞作用更小，气流速度下降不多，动能消耗也很小，因此波阻也较小。倾斜波越倾斜，波阻就越小。