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第三方登录：为什么满是小坑的高尔夫球飞得更远，而现代的飞机与航空器却还是光滑表面的？
为什么满是小坑的高尔夫球飞得更远，而现代的飞机与航空器却还是光滑表面的？
【周则杨的回答(170票)】:
因为高尔夫球表面的小坑是为了提早转捩（有人回复说看不懂专业术语？直白点说转捩就是层流到湍流的过渡，壁面粗糙度增加可以加速转捩过程），在边界层内湍流因为增加了动量混合，相对于层流可以延缓分离。虽然摩擦阻力上升了，但是因为阻力的最主要组成部分——压差阻力下降更多，所以总的阻力下降了。
现代飞行器因为雷诺数很高，所以除了专门设计的层流翼型外，基本上在前缘附近就转捩了，大部分翼面已经是湍流边界层了。（其实机翼也没你想象的那么光滑）翼型和高尔夫球完全不一样了，流线型相对于钝体，本身压差阻力小了很多，而摩擦阻力占了相当一部分。本来就是湍流边界层了，加小坑只徒劳增加了摩擦阻力，所以没必要再加小坑了。相反的，在翼型上延缓转捩是一个减小阻力系数的方法。
/************延伸阅读1****************** 给未进阶的同学******************
drag crisis：
球/圆柱 的阻力系数随雷诺数变化问题
有人说转捩解释真“直白 ”，那我再加几个延伸阅读。湍流相对于层流增加了momentum mixing，直白来讲就当做是湍流把更多地高速流体微团带到了近壁面，因此近壁面的速度梯度变大了，所以摩擦阻力增加了。对于二维分离来说，分离点的判断就是近壁面速度梯度由正转为负，既然湍流增加了近壁面流场的速度梯度，自然也就延缓了分离。。这么说够直白了吧。。我都觉得再直白简单点就要说错了。。
主要分为自然转捩，旁路转捩以及分离导致的转捩三种。
层流边界层与湍流边界层对比，
，可以看到湍流边界层的壁面速度梯度更大，因此摩擦阻力更大。
/**************延伸阅读2****************给没学过空气动力学的同学*******************
阻力： 里面有提到对于不同外形，摩擦阻力所占总阻力的百分比。对于翼型来说摩擦阻力占总阻力比值远比高尔夫球要大。
流动分离：
另外实名反对
在楼下提到的“所以飞机是流线型的为多，那么转捩常常是发生在飞机尾部”。就我本科毕设做的超临界翼型层流优化上来看，目前商用飞机的机翼在靠近前缘就发生转捩。
我记得我以前回答过一样的问题啊？
哪里没看懂就留言。。assume大家都会一点？
【RachelJU的回答(36票)】:
做汽车空气动力学的来答一下(主要从汽车方面回答，航空器可以参考):
一、高尔夫球表面为什么凹凸不平？
上面有好几位大神已经答过了，概括起来主要就是: 通过表面粗糙度来推迟气流分离，从而降低压差阻力。
二、汽车表面做成高尔夫球状是否可以降低风阻？
流言终结者过实验，在一辆车表面敷油泥，做成凹凸不平的表面，发现跑出来的油耗跟原先一样。因为油泥本身增加了不少重量，所以扣除这部分影响的话，风阻实际上是降低的。
答主的同事曾经在全尺寸整车风洞里做过实验，表面有坑的车子风阻系数的确要低一些。(有钱，任性！)
相信航天器上也能得到类似的结果。
三、为什么不做成高尔夫球状？
1. 工艺: 汽车表面钣金冲压成形，要做出这么多坑，对工艺要求太高;
2. 材料: 个人看法，这个对车身材料的刚度和强度等方面的性能要求也高吧;
3. 尺寸: 外表面凹凸肯定比平面要占的体积大，从而造成车身整体尺寸变大;
4. 使用不便: 雨雪天气，坑里都是水……
5. 太丑！密集恐惧症的克星！
同意某位童鞋说的，说到底还是投入产出比的问题。前面提到的同事做的风洞实验，大费周章做出满车凹坑，结果风阻系数也就降了1~2%，确实不划算！
【彭铁的回答(34票)】:
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指出的问题。其实我写的这些细究起来都不严谨，还有不少错误。
好在看到了，他看的确实很认真仔细，点32个赞哈。
另外，大家可以参见楼上的解答，简单而且还答道点子上了。
室友大神说我写的逻辑都混乱了，自惭形愧啊。就不班门弄斧了，好好学习去呢~
以上，再次感谢。
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简单的说一下就是：
高尔夫球能够实现有凹坑还飞这么远，是因为压差阻力的影响大于摩擦阻力，有凹坑则压差阻力减小；而飞机不设计成如此是因为压差阻力的改变其实不大，但这种形态会大大增加摩擦阻力，也容易造成飞机的不稳定性，这就涉及结构材料方面了。同时，飞机的机翼和尾翼有自己的一套减少阻力的措施，不需要靠凹坑来解决。而且凹坑制作的不好，效果会大大降低哦，还增加成本呢~
气动阻力主要分两种，一个是压差阻力，一个是摩擦阻力。摩擦阻力确实和物体表面的光滑情况有关，（当然流体的粘性系数、速度、特征长度等暂且不表）那么高尔夫球做成如此多凹坑的表面，其摩擦阻力相对于光滑表面一定会有所增大。但是它依旧能飞的很远，这就是压差阻力在起作用了。
在粘性阻力中一般压差阻力总是大于摩擦阻力。但在气流未分离的情况下，因边界层所消耗的气流总压，在物体后部小于其前部。因而形成压差阻力，但其值较小，几乎全部为摩擦阻力。一经气流分离则压差阻力显著增加，分离点的出现标志着压差阻力开始大量出现。而转捩点的出现标志着摩擦阻力的突增。因而延缓分离甚至使分离不存在物体上，这是减少压差阻力的办法之一。而延缓转捩甚至使转捩点不存在物面上是减少摩擦阻力的有效措施之一。高尔夫球的凹坑多了，增加了表面粗糙度。球在运动的过程中会提前转捩到湍流。还是要贴个图，感觉这样更清楚点。（图的版权不在我这里，我从老师课件上抠的）层流边界层较湍流边界层更容易发生流动分离。因为湍流边界层壁面附近的流体质点因强脉动更容易与外层流速较高的流体质点发生动量交换，从而获得更多的动量以克服逆压的影响而向前运动。故可以延缓分离，但是不能消除分离。因为流动分离延缓了，所以球后的尾流区就相对较小，压差阻力也就不会那么大，即减小了压差阻力。
好了，那么对于高尔夫球这种小物体来讲，摩擦阻力的增加真心是不大，而压差阻力就不一样了，它才是降低球速的主要关键。做成凹坑后，压差阻力的降低，才可以使得小球飞的更远。当然，这个过程中，小球其实是在旋转的。好了，那么对于高尔夫球这种小物体来讲，摩擦阻力的增加真心是不大，而压差阻力就不一样了，它才是降低球速的主要关键。做成凹坑后，压差阻力的降低，才可以使得小球飞的更远。当然，这个过程中，小球其实是在旋转的。
当然，飞机是不能旋转的，而且更需要的就是稳定。一来是飞机大，如果做成高尔夫球表面，那摩擦阻力真心要大很多了。二来是飞机不是球体，气动设计往往根据最优的（昨天刚学的是说，哪来的最优，只有最满意的。说白了就是做不到最优╮(╯▽╰)╭），
【所以飞机是流线型的为多，那么转捩常常是发生在飞机尾部，这个时候其实漩涡区就不是那么大了。】
【该句有误】
一般来说，我们研究飞机的翼型。以亚声速巡航飞机为例，作用在全机上的摩擦力可能占总阻力的一半。所以应当尽可能使得飞机表面大部分处理层流状态。而亚声速翼型，其机翼上表面可以保持层流，达到降低翼型阻力的目的。最著名的层流翼型应当是NACA6系列。
至于超临界翼型，主要是针对高亚声速及跨声速飞机使用为主，其压力分布较普通翼型更平坦。至于流动分离点的位置，目前我没有找到合适的资料来证实，故不再阐述。
那么，做成凹坑是不是可以呢，当然可以，能不能减少压差阻力呢，理论上来说应当是可以的，但是本来就不大的漩涡区，减小后也还是那么大。而这个时候却增加了很多的摩擦阻力，得不偿失啊。何况，因为飞机对稳定性的要求，机翼、尾翼的设计都有要求的，对于转捩有自己的一套处理办法，自然不是靠凹坑解决的。
飞机的速度和高尔夫球的速度完全不是一个量级的，航空器还涉及到高超。因此雷诺数也更大，更容易转捩到湍流。所以说靠凹坑来延迟转捩还是不那么靠谱的。
还有件事，就是要给飞机造这么大个凹坑面，那都是白花花的银子呐~
忽然想到，汽车表面如果做成高尔夫球表面呢，是不是可以减少阻力，最后达到减少油耗的作用呢？
汽车的速度在高尔夫球和飞行器之间，它的体积也是两者中间的。所以找一个让凹坑适用的物体的速度和体积（或者还有其他参数）的临界点是不是很有趣啊~可以一试。（这句话好像很拗口的样子）
依稀记得国外确实有人这么做过，用橡皮泥（应该是比较贵的那种吧~）覆盖整个汽车表面，然后做成高尔夫球表面的样子。然后真的做了对比试验了。最终发现油耗相对而言确实降低了。不过目前我没找到那则内容了。
注：内容不严谨，看过就散了呗。（我写论文还是很严谨的，要相信我啊！）
【jedichen的回答(9票)】:
前面的几个高票回答都已经说的很清楚了，但我想试着说得更简单一些，然后再补充一点。
飞得远是因为阻力小了，这里涉及的阻力主要是粘性阻力和外形阻力。粘性阻力就像摩擦力，是气流和表面摩擦产生的。外形阻力，也叫压差阻力，简单地来说外形越大的阻力也越大。另外，当气流不再紧贴物体表面而分离时，会导致物体的有效面积变大，外形阻力也就大了。
高尔夫球上采用小坑，是为了增加气流的能量，让气流分离晚一点，以减少外形阻力。如下图所示，可以把 (b) 理解为采用小坑后使气流分离变晚。(b) 后面的乱流区明显比 (a) 要小多了吧，外形阻力也减小了。不过，采用小坑会增加粘性阻力，表面粗糙度增加了嘛。在高尔夫球上的权衡结果是减小的外形阻力大于增加的粘性阻力，因此会有很多小坑。
然后补充一下，在飞机机翼上，其实也存在类似的东西，叫做漩涡发生器。它们是一个一个的小突起，作用也是相同的：增加流体的能量，推迟流动分离，减小外形阻力。不光机翼上有，有的汽车上也有。
为了能让答案更通俗一些，很多地方没有使用术语。如果想要更专业的解答，欢迎去浏览那些高票答案~谢谢~
【jrwhitlit的回答(8票)】:
飞机要是滚着飞也是坑坑洼洼好，问题是坐里面的人受得了吗？
【榆城海盗的回答(1票)】:
这里涉及以下几点知识 blunt body and slender body，laminar and turbulent flow。
物体在流体中，受到气体压力和摩擦力。
1 blunt body and slender body 定性来说，对于blunt body钝体, 厚度方向的跨度较大，压力沿着物面边界积一圈，如果前后压力不对称，在阻力方向分量较大，所以压差阻力较大，摩擦阻力对就较小了。对于slender body流线体，厚度小，较为纤长，压力积一圈在阻力方向分量较小，所以压差阻力相对较小，此时摩擦阻力起主要作用。
总结，blunt body ：压差阻力占大头，摩擦阻力较小；slender body ：摩擦阻力占大头，压差阻力较小。
2 laminar and turbulent flow 定性来说，laminar flow 层流流动较为平稳，turbulent flow 湍流流动紊乱，流体微团交换强。粘性来自于分子的热运动，不同速度层的分子交换越频繁，粘性越强，摩擦力越大，湍流不仅包含分子热运动，还包含流体微团宏观的无规律交换，所以湍流的摩擦阻力大。由于湍流的惯性力较大，能量较大，让物面附近湍流停止、逆行，形成气流分离也较难，气流分离形成分离涡，降低了物体表面后部的压力，由于后面部分的压力有向前的分量，这个量被减小了，导致压差阻力增大。
总结：层流比湍流容易出现气流分离，如果出现分离，压差阻力增大；但是如果层流变为湍流，摩擦阻力会增大。
高尔夫球是个钝体，压差阻力占大头，降低压差阻力能有效降低阻力。湍流能延缓气流分离，降低压差阻力，所以让高尔夫球流场出现湍流较好。湍流本身就是因为层流的稳定流动被扰乱才产生的，所以在物面做一些小坑，能加强扰动，让湍流早点出现，降低主要的压差阻力。
至于机翼，由于是流线体，摩擦主力占主，降低摩擦阻力效果较好，因为机翼要避免出现湍流。
【李工的回答(1票)】:
前面所有答案都忽略或不太重视高球高速飞行时的高速自转。高球大力击球时，都是强力“切"球，借用网球和乒乓球术语，形成高速下旋球。下旋使球体下方气体压力大于上方(具体流体力学原理就不展开了)，所从在球体向前飞行过程中下方多了一个上托力，使球的飞行时间增加了几倍，飞行距离也长了几倍。如果球体表面过度光滑，高球自转时没能充分“带动"空气运动，就不能形成足够大的上下压差。网球为了打出强烈旋转球，也必须有良好的球毛，打网球的朋友都知道，光身球是打不出强旋转球的。
我相信，如果用高速发球机击出无自转高球，球体表面是否光滑对飞行距离影响不会太大，我倾向于认为光滑球飞得远些。
【HONGYUHU的回答(0票)】:
我记得是laminar和turbluent flow的区别，其他几位说的好详细，有点听不懂。求折叠。
【fabian的回答(0票)】:
说一个高中生也能看懂的答案：这些小坑会使空气在其附近行程涡旋。这个时候小球与空时间的滑动摩擦边变为了滚动摩擦
【知乎用户的回答(0票)】:
如果是球状的飞行器，做双层结构，内部类似磁悬浮这种，会不会可行呢？
【刈灲的回答(0票)】:
简单讲，高尔夫球是钝的，飞机是尖的，在流体力学中这两种物体不在一个层次上。高尔夫球上的小坑是为了多少改善一些钝体本身就已经很糟糕的空气动力学表现，但仍然比尖体差得很远。
【大哥别的回答(0票)】:
具体不分析了，两点，1.飞行稳定 2.降低速度
【一灯的回答(0票)】:
奔驰c和e的尾灯边缘上有长条形的孔就是来降低风阻和风噪的
小时候看科普杂志上说有些超音速战机机身表面是布满小孔用来降低风阻的
回头用仿真软件跑下看看有神马区别
【知乎用户的回答(0票)】:
飞行器的速度远大于高球，飞行时间也更长，不做光滑了怎么减阻？
总不能说鸟也飞的很远，我们要给飞机黏上羽毛吧……
【纪青杰的回答(0票)】:
【知乎用户的回答(0票)】:
高尔夫表面坑洼，除了飞行动力学原因，我觉得更重要的是便于击球。
【陈铨的回答(0票)】:
不方便清洗
【知乎用户的回答(0票)】:
建议你去看看流言终结者吧，有一集中，他们做过类似的实验。
将一辆汽车的表面做成高尔夫球的外形，与另一辆正常的汽车做对比。
【仁赞的回答(0票)】:
我不知道是否可以参考鲨鱼皮
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馆藏&55480
TA的推荐TA的最新馆藏高尔夫球的表面为什么有坑高尔夫球的表面,为什么有很多很多小坑呢?
高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑,其目的是让高尔夫球飞得更远.统计发现,一颗表面平滑的高尔夫球,经职业选手击出后,飞行距离大约只是表面有凹坑的高尔夫球的一半.为了找出最佳发射条件,高尔夫产业的工程师和科学家对球杆和球之间的撞击进行了深入的研究.撞击通常只维持1/2000秒,它决定了球的速度、发射角以及球体的自旋速度.接着,球的飞行轨迹会受到重力以及空气动力学的影响.因此,空气动力学的最佳化设计便成为让高尔夫球飞得远的关键.空气对于任何在其中运动的物体,包括高尔夫球,都会施加作用力.把你的手伸出行驶中的车外,可以很容易地说明这个现象.空气动力学家把这个力分成两部分：升力及阻力.阻力的作用方向与运动方向相反,而升力的作用方向则朝上.高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力,增加球的升力.一颗高速飞行的高尔夫球,其前方会有一高压区.空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离.同时,球的后方会有一个紊流尾流区,在此区域气流起伏扰动,导致后方的压力较低.尾流的范围会影响阻力的大小.通常说来,尾流范围越小,球体后方的压力就越大,空气对球的阻力就越小.小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层,使得平滑的气流顺着球形多往后走一些,从而减小尾流的范围.因此,有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的一半.小凹坑也会影响高尔夫球的升力.一个表面不平滑的回旋球,会像飞机机翼般偏折气流以产生升力.球的自旋可使球下方的气压比上方高,这种不平衡可以产生往上的推力.高尔夫球的自旋大约提供了一半的升力.另外一半则是来自小凹坑,它可以提供最佳的升力.大多数的高尔夫球有300～500个小凹坑,每个坑的平均深度约为0.025厘米.阻力及升力对凹坑的深度很敏感：即使只有0.0025厘米这么小的差异,也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影响.小凹坑通常是圆形的,但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能,例如某些公司生产的高尔夫球采用的是六角形.
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