激波阻力

飛機在空氣中飛行時，前端對空氣產生擾動，這個擾動以擾動波的形式以音速傳播，當飛機的速度小於音速時，擾動波的傳播速度大於飛機前進速度，因此它的傳播方式為四面八方；而當物體以音速或超音速運動時，擾動波的傳播速度等於或小於飛機前進速度，這樣，後續時間的擾動就會同已有的擾動波疊加在一起，形成較強的波，空氣遭到強烈的壓縮、而形成了激波。 ^[1] 

空氣在通過激波時，受到薄薄一層稠密空氣的阻滯，使得氣流速度急驟降低，由阻滯產生的熱量來不及散佈，於是加熱了空氣。加熱所需的能量由消耗的動能而來。在這裏，能量發生了轉化--由動能變為熱能。動能的消耗表示產生了一種特別的阻力。這一阻力由於隨激波的形成而來，所以就叫做"波阻"。從能量的觀點來看，波阻就是這樣產生的。 ^[2] 

從機翼上壓強分佈的觀點來看，波阻產生的情況大致如下；根據對機翼所作的實驗，在超音速飛行時，機翼上的壓強。在亞音速飛行情況下，機翼上只有摩擦阻力、壓差阻力和誘導阻力。在亞音速飛行情況下，最大稀薄度靠前，壓強分佈沿着與飛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誘導阻力。

可是在超音速飛行情況下，壓強分佈變化非常大，最大稀薄度向後遠遠地移動到尾部，而且向後傾斜得很厲害，同時它的絕對值也有增加。因此，如果不考慮機翼頭部壓強的升高，那麼壓強分佈沿與飛行相反方向的合力，急劇增大，使得整個機翼的總阻力相應有很大的增加。這附加部分的阻力就是波阻。由於它來自機翼前後的壓力差，所以波阻實際上是一種壓差阻力。當然，如果飛機或機翼的任何一點上的氣流速度不超過音速，是不會產生激波和波阻的。

阻力對於飛機的飛行性能有很大的影響，特別是在高速飛行時，激波和波阻的產生，對飛機的飛行性能的影響更大。這是因為波阻的數值很大，能夠消耗發動機一大部分動力。例如當飛行速度在音速附近時，根據計算，波阻可能消耗發動機大約全部動力的四分之三。這時阻力系數Cx急驟地增長好幾倍。這就是由於飛機上出現了激波和波阻的緣故。 ^[3] 

由上面所説的看來，波阻的大小顯然同激波的形狀有關，而激波的形狀在飛行M數不變的情況下；又主要決定於物體或飛機的形狀，特別是頭部的形狀。按相對於飛行速度（或氣流速度）成垂直或成偏斜的狀態，有正激波和斜激波兩種不同的形狀。成垂直的是正激波，成偏斜的是斜激波。

在飛行M數超過 1時（例如M等於 2），如果物體的頭部尖削，象矛頭或刀刃似的，形成的是斜激波；如果物體的頭部是方楞的或圓鈍的，在物體的前面形成的則是正激波。正激波沿着上下兩端逐漸傾斜，而在遠處成為斜激波，最後逐漸減弱成為弱擾動的邊界波。斜激波的情況也是一樣的，到末端也逐漸減弱而轉化為邊界波。在正激波之後的一小塊空間，氣流穿過正激波，消耗的動能很大，總是由超音速降低到亞音速，在這裏形成一個亞音速區。

M數的大小也對激波的形狀有影響。當M數等於 1或稍大於 1（例如M= 1.042）時，在尖頭（如炮彈）物體前面形成的是正激波。如果M數超過1相當多（例如M=2.479），形成的則是斜激波。 ^[4] 

正激波的波阻要比斜激波大，因為在正激波下，空氣被壓縮得很厲害，激波後的空氣壓強和密度上升的最高，激波的強度最大，當超音速氣流通過時，空氣微團受到的阻滯最強烈，速度大大降低，動能消耗很大，這表明產生的波阻很大；相反的，斜激波對氣流的阻滯較小，氣流速度降低不多，動能的消耗也較小，因而波阻也較小。斜激波傾斜的越厲害，波阻就越小。 ^[5] 

超聲速飛行器的橫截面積分佈對其激波阻力的影響十分顯著，合理的機翼和機身橫截面積分佈可以顯著降低其激波阻力。使用類別形狀函數變換（CST）方法對機身進行基於橫截面積分解的CST參數化外形表示，在此基礎上提出了擴展的遠場組元（EFCE）超聲速翼身組合體激波阻力優化算法，並使用該方法對超聲速客機翼身組合體進行外形優化，使其激波阻力系數降低了39%。研究結果表明：由於只進行一個方向上的面積分解，機身CST參數化所使用的參數數量和相應優化過程的計算量比機翼大幅降低；經過EFCE激波阻力優化的機身具有較為明顯的面積 率 修 形“蜂 腰”特徵。 ^[5]