阻力

阻力一般可以分為以下幾類：

• 寄生阻力（parasitic drag），包括
  • 形狀阻力（form drag）
  • 摩擦阻力（skin friction drag）
  • 干扰阻力（interference drag）
• 誘導阻力（induced drag）

對於高速（或高雷諾數）的流場而言，一物體的阻力的特性可以用一個無因次的阻力係數來描述，配合阻力係數，可以用阻力方程式來計算阻力。若阻力係數為一常數，阻力約和相對速度的平方成正比，因此需克服阻力需要的功率則和速度的立方成正比。

阻力方程式可計算物體在較高速（雷諾數${\displaystyle R_{e}>\sim 1000}$）流體下的阻力，此阻力也稱為二次阻力或平方阻力。此方程式是由瑞利勛爵所提出，提出時用${\displaystyle L^{2}}$（${\displaystyle L}$代表某特定長度）代替${\displaystyle A}$，物體所受的流體阻力如下：

${\displaystyle F_{D}\,=\,{\tfrac {1}{2}}\,\rho \,v^{2}\mathbb {C} _{d}\,A}$

其中

${\displaystyle \mathbf {F} _{D}}$ 為阻力

${\displaystyle \mathbf {} \rho }$ 為流體密度[1]

${\displaystyle \mathbf {} v}$ 為流體相對於物體的速度

${\displaystyle \mathbf {} C_{d}}$ 為阻力係數，為一無因次的參數，像汽車的阻力係數約為0.25至0.45

${\displaystyle \mathbf {} A}$ 為參考面積

參考面積${\displaystyle A}$一般定義為物體在運動方向上的正交投影面積。對於形狀簡單的物體（例如球），參考面即為截面。有時會使用其他的參考面積來定義一物體的阻力係數，此時需特別標明使用的參考面。

以機翼而言，若阻力及升力使用的參考面積相同，阻力及升力的比值（升阻比）即為阻力係數及升力係數的比值，在比較阻力及升力的大小時最為方便[2]。因此機翼阻力係數的參考面積一般會是機翼的翼面積（即機翼沿垂直方向的投影面積），而不是沿飛行方向的投影面積[3]。

若物體有光滑的表面，在流場中沒有固定的分离点（例如球或圓柱），其阻力係數會隨著雷諾數${\displaystyle R_{e}}$而變化，甚至在雷諾數很高（其量級到10⁷）時也是如此[4][5]。若物體有在流場中有固定的分离点（例如一法向量和流場方向平行的圓盤），在雷諾數${\displaystyle R_{e}>3500}$時，阻力係數不隨雷諾數而變化[5]。若物體不是球對稱，阻力係數也是流場和物體本身對稱軸夾角的函數。

三個由相同角度（70°）射出物體的軌跡。黑色物體未受到任何阻力，其軌跡為拋物線，藍色物體受到斯托克斯阻力，而綠色物體受到牛頓阻力。

當物體在雷諾數很低，沒有紊流（雷諾數${\displaystyle R_{e}<1}$）的流體中[7]移動時，其受到的阻力稱為黏滯阻力、線性阻力。此情形下，阻力大約和速度成正比，但和速度方向相反。黏滯阻力的方程式如下：[8]

${\displaystyle \mathbf {F} _{d}=-b\mathbf {v} \,}$

其中：

${\displaystyle \mathbf {} b}$ 為一常數，和流體特性及物體尺寸有關

${\displaystyle \mathbf {v} }$ 為物體和流體的相對速度

若一物體由靜止狀態落下，其速度為

${\displaystyle v(t)={\frac {(\rho -\rho _{0})Vg}{b}}\left(1-e^{-{\frac {bt}{m}}}\right)}$

其速度會趨近終端速度${\displaystyle \mathbf {} v_{t}={\frac {(\rho -\rho _{0})Vg}{b}}}$。若${\displaystyle \mathbf {} b}$為定值，較重的物體會較快落下。

對於小的球形物體緩慢的通過黏性流體（因此雷諾數很小）的情形，斯托克斯推導其阻力常數如下

${\displaystyle b=6\pi \eta r\,}$

其中

${\displaystyle \mathbf {} r}$為物體的当量球径

${\displaystyle \mathbf {} \eta }$為流體的黏滯係數

例如，考慮一半徑 ${\displaystyle \mathbf {} r=}$0.5 微米（直徑=1.0 µm）的球形物體以10 µm/s的速度通過水中。依上式可得其阻力為0.09 pN，這也就是細菌游過水中所受到的阻力。

飞行中飞机所受到的空气阻力。分成四大类。分別是摩擦阻力、压差阻力、寄生阻力及诱导阻力。

其中摩擦阻力、压差阻力、寄生阻力与速度的平方成正比，诱导阻力则与速度的平方成反比。飞行阻力是这四种阻力的合成。

誘導阻力

誘導阻力和升力的關係

条目：誘導阻力

誘導阻力（或稱感應阻力）是指飛行體在產生升力時，一併衍生的阻力。誘導阻力包括二個主要組成成分，一個是因為渦流而產生的阻力（渦流阻力），另一個則是額外產生的黏滯阻力。在飛行體通過空氣時，其上表面及下表面的氣流壓強不同，但在飛行體尾端，上方及下方不同壓強的氣流會混合，產生紊流及渦流[9]。

在其他參數不變的條件下，當飛行體產生的升力增加時，其誘導阻力也隨之增加。對飛行中的飛機而言，這表示在飛機失速前，當其攻角及升力係數增加時，其誘導阻力也隨之增加。當失速時，升力及誘導阻力都突然下降，而此時飛行體表面形成獨立的紊流，造成寄生阻力中的黏滯壓差阻力上昇

飛行時的功率曲线

功率曲线：寄生阻力及誘導阻力和速度之間的關係

可以將寄生阻力及誘導阻力相對速度的特性曲線繪製在同一圖上，此圖在航空學中稱為功率曲线。功率曲线可以讓飛行員了解不同速度下，飛機飛行所需要輸出的功率，是非常重要的曲線。

功率曲线中寄生阻力及誘導阻力有一交點，交點處的阻力總和最小。交點的右側為正常控制区，當速度越高時，維持定速需要的推力越大。交點的左側為反向控制区，此區域的功率特性恰好與一般直覺的認知相反：當速度越低時，維持定速需要的推力越大。夂當速度越高時，維持定速需要的推力越大。若飛機的速度低於此交點對應的速度，會出現一個不符合人類直覺的特性：當速度越低時，維持定速需要的推力越大。

跨音速及超音速的波動阻力

阻力係數與音速的關係示意圖

波動阻力（壓縮性阻力）是指一高速物體通過可壓縮流體時所出現的阻力。在空氣動力學中，依飛行速度的不同，波動阻力也可分為幾種不同的組成成份。

在跨音速飛行（馬赫數介於0.8及1.4之間）時，波動阻力是飛行體形成激波後的結果。一般會出現在出現局部超音速流（局部流體馬赫數大於1.0）的區域。實務上，當飛行體較音速低很多，但加速時部份區域的空氣速度超過音速，就會出現局部超音速流。因此飛機附近的氣流既有超音速流，也有低於音速的亞音速。飛機在跨音速飛行的正常運作過程中常會產生波動阻力，這種波動阻力常稱為跨音速壓縮性阻力。當馬赫數接近1時，跨音速壓縮性阻力會顯著的上昇，遠大於同速度下的其他阻力。

在超音速飛行（馬赫數大於1.0）時，會在飛行體的前緣及後緣出現斜激波。若速度非常高，或是飛行體轉彎角度夠大時，則會出現舷波（bow wave）。在超音速飛行時，阻力一般可以分為二個成份：超音速升力相關的波動阻力，及超音速體積相關的波動阻力。

布斯曼雙翼機是一種特殊型式的飛行體，當依其設計速度航行時，完全不產生波動阻力，不過它本身無法產生升力。

位流理論是18世紀最能解釋非黏性流的理論。但1752年時法國物理學家達朗伯特依位流理論，推導到位流下其阻力為零的結果，此結果和實測結果矛盾，因此稱為達朗伯特悖論。

19世紀時科學家圣维南、納維、斯托克斯開始用納維－斯托克斯方程來分析黏性流。斯托克斯推導了一球形物體在雷諾數很低的流體中的阻力，其結果即為斯托克斯定律[10]。

納維－斯托克斯方程在高雷諾數時會趨近非黏性流的歐拉方程式，此時可以用位流理論進行分析，得到阻力為零的結果，但所有在高雷諾數下進行的實驗，均證實阻力的存在，和位流所得的結果矛盾。科學家也試著找出除了位流以外，欧拉方程在非黏性定常流的解，不過沒有什麼進展[10]。

1904年德國科學家普朗特依理論及實驗的結果，提出了邊界層的概念，也說明了高雷諾數流體為何會產生阻力[10]。

• French, A. P. 1st. W. W. Norton & Company Inc., New York. 1970. ISBN 0393099709.
• Serway, Raymond A.; Jewett, John W. 6th. Brooks/Cole. 2004. ISBN 0-534-40842-7.
• Tipler, Paul. 5th. W. H. Freeman. 2004. ISBN 0-7167-0809-4.
• Huntley, H. E. . Dover. 1967. LOC 67-17978.
• Batchelor, George. . Cambridge Mathematical Library 2nd. Cambridge University Press. 2000. ISBN 978-0-521-66396-0. MR1744638.

• Educational materials on air resistance （页面存档备份，存于）
• Aerodynamic Drag （页面存档备份，存于） and its effect on the acceleration and top speed of a vehicle.
• Vehicle Aerodynamic Drag calculator （页面存档备份，存于） based on drag coefficient, frontal area and speed.