激波阻力

飞机在空气中飞行过程中产生的波

激波阻力是飞机在空气中飞行过程中产生的一种较强的波，由空气遭到强烈的压缩而形成。当飞行器进行超声速飞行时，由于飞行器的能量以强压力波的形式向周围的空气传递而产生的一种独特的阻力。激波阻力对超声速飞行器翼身组合体的体积和横截面积分布十分敏感。

介绍

激波

飞机在空气中飞行时，前端对空气产生扰动，这个扰动以扰动波的形式以音速传播，当飞机的速度小于音速时，扰动波的传播速度大于飞机前进速度，因此它的传播方式为四面八方；而当物体以音速或超音速运动时，扰动波的传播速度等于或小于飞机前进速度，这样，后续时间的扰动就会同已有的扰动波叠加在一起，形成较强的波，空气遭到强烈的压缩、而形成了激波。

波阻

波阻产生

从机翼上压强分布的观点来看，波阻产生的情况大致如下；根据对机翼所作的实验，在超音速飞行时，机翼上的压强。在亚音速飞行情况下，机翼上只有摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力。在亚音速飞行情况下，最大稀薄度靠前，压强分布沿着与飞行相反的方向上的合力，不是很大，即阻力不是很大，其中包括翼型阻力和诱导阻力。

可是在超音速飞行情况下，压强分布变化非常大，最大稀薄度向后远远地移动到尾部，而且向后倾斜得很厉害，同时它的绝对值也有增加。因此，如果不考虑机翼头部压强的升高，那么压强分布沿与飞行相反方向的合力，急剧增大，使得整个机翼的总阻力相应有很大的增加。这附加部分的阻力就是波阻。由于它来自机翼前后的压力差，所以波阻实际上是一种压差阻力。当然，如果飞机或机翼的任何一点上的气流速度不超过音速，是不会产生激波和波阻的。

阻力对于飞机的飞行性能有很大的影响，特别是在高速飞行时，激波和波阻的产生，对飞机的飞行性能的影响更大。这是因为波阻的数值很大，能够消耗发动机一大部分动力。例如当飞行速度在音速附近时，根据计算，波阻可能消耗发动机大约全部动力的四分之三。这时阻力系数Cx急骤地增长好几倍。这就是由于飞机上出现了激波和波阻的缘故。

正激波斜激波

形成

由上面所说的看来，波阻的大小显然同激波的形状有关，而激波的形状在飞行M数不变的情况下；又主要决定于物体或飞机的形状，特别是头部的形状。按相对于飞行速度（或气流速度）成垂直或成偏斜的状态，有正激波和斜激波两种不同的形状。成垂直的是正激波，成偏斜的是斜激波。

在飞行M数超过 1时（例如M等于 2），如果物体的头部尖削，象矛头或刀刃似的，形成的是斜激波；如果物体的头部是方楞的或圆钝的，在物体的前面形成的则是正激波。正激波沿着上下两端逐渐倾斜，而在远处成为斜激波，最后逐渐减弱成为弱扰动的边界波。斜激波的情况也是一样的，到末端也逐渐减弱而转化为边界波。在正激波之后的一小块空间，气流穿过正激波，消耗的动能很大，总是由超音速降低到亚音速，在这里形成一个亚音速区。

M数的大小也对激波的形状有影响。当M数等于 1或稍大于 1（例如M= 1.042）时，在尖头（如炮弹）物体前面形成的是正激波。如果M数超过1相当多（例如M=2.479），形成的则是斜激波。

特点

正激波的波阻要比斜激波大，因为在正激波下，空气被压缩得很厉害，激波后的空气压强和密度上升的最高，激波的强度最大，当超音速气流通过时，空气微团受到的阻滞最强烈，速度大大降低，动能消耗很大，这表明产生的波阻很大；相反的，斜激波对气流的阻滞较小，气流速度降低不多，动能的消耗也较小，因而波阻也较小。斜激波倾斜的越厉害，波阻就越小。

优化

超声速飞行器的横截面积分布对其激波阻力的影响十分显著，合理的机翼和机身横截面积分布可以显著降低其激波阻力。使用类别形状函数变换（CST）方法对机身进行基于横截面积分解的CST参数化外形表示，在此基础上提出了扩展的远场组元（EFCE）超声速翼身组合体激波阻力优化算法，并使用该方法对超声速客机翼身组合体进行外形优化，使其激波阻力系数降低了39%。研究结果表明：由于只进行一个方向上的面积分解，机身CST参数化所使用的参数数量和相应优化过程的计算量比机翼大幅降低；经过EFCE激波阻力优化的机身具有较为明显的面积率修形“蜂腰”特征。

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